一種基于圖像互相關(guān)匹配的電光晶體光軸出露點(diǎn)提取方法，用于光軸出露點(diǎn)的精確提取，屬于光學(xué)精密檢測技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種電光晶體偏光干涉圖光軸出露點(diǎn)的自動提取方法。

背景技術(shù)：

等離子體電極普克爾盒是實(shí)現(xiàn)大型激光裝置多程放大技術(shù)的關(guān)鍵部件之一，其通過在電光晶體兩側(cè)加入稀薄氣體，放電后形成高電導(dǎo)率透明等離子體作為電極，實(shí)現(xiàn)普克爾效應(yīng)。電光晶體因其具有普克爾效應(yīng)，常作為光開關(guān)用于控制激光輸出或隔離反射激光。作為光開關(guān)使用的電光晶體，設(shè)計要求其光軸方向需和通光面法線方向平行。為了保證較好的消光比，需要實(shí)現(xiàn)電光晶體光軸方向的精確測量。

傳統(tǒng)的確定晶體光軸方向的精確方法是X射線衍射法，但X射線衍射儀價格昂貴，需要專門的檢驗(yàn)及防護(hù)措施，使用不方便。而且用它測量晶體光軸方向，需要預(yù)先知道該晶體的結(jié)構(gòu)參數(shù)以及晶面與衍射峰的對應(yīng)關(guān)系，測量方法復(fù)雜，測量范圍也有限制，且現(xiàn)有X射線衍射定向儀不能實(shí)現(xiàn)大口徑晶體元件的光軸定向。

利用晶體的偏光干涉圖也可以確定晶體的光軸方向，且能滿足大口徑測試需求。通過在干涉圖中找到光軸的出露點(diǎn)(即黑十字交點(diǎn))，根據(jù)光軸出露點(diǎn)相對于視域中心的位置來測量出光軸的方向。常用偏光顯微鏡來實(shí)現(xiàn)晶體偏振光干涉，利用目鏡的分劃板和目測的辦法測出光軸出露點(diǎn)相對于視域中心的距離，結(jié)合顯微鏡的數(shù)值孔徑可求出光軸偏離角，這種方法的誤差較大(3°～5°)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對上述不足之處提供了一種基于圖像互相關(guān)匹配的電光晶體光軸出露點(diǎn)提取方法，解決現(xiàn)有技術(shù)中利用偏光干涉圖確定晶體的光軸方向方法中光軸出露點(diǎn)的提取精度差，導(dǎo)致光軸偏離角測量誤差大的問題。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種基于圖像互相關(guān)匹配的電光晶體光軸出露點(diǎn)提取方法，其特征在于,具體如下：

(1)獲得偏光干涉圖I；

(2)根據(jù)偏光干涉原理，通過模擬仿真得到合適的初始特征模板T₀；

(3)對模擬仿真得到的初始特征模板T₀以一系列不同的縮放比率S_n、不同旋轉(zhuǎn)角度θ_m進(jìn)行幾何變換，獲得不同大小、不同旋轉(zhuǎn)角度下的特征模板圖像T_mn；

(4)將經(jīng)過幾何變換后得到的所有特征模板T_mn分別和偏光干涉圖I進(jìn)行圖像互相關(guān)匹配運(yùn)算，用相關(guān)系數(shù)r_mn(x,y)定量特征模板T_mn和偏光干涉圖I的相關(guān)程度，經(jīng)過圖像互相關(guān)匹配運(yùn)算，得到所有特征模板T_mn下的最大相關(guān)系數(shù)r_mn-max和最大相關(guān)系數(shù)的位置坐標(biāo)(x_mn,y_mn)；

(5)選取最大相關(guān)系數(shù)r_mn-max中的最大值r_max，將最大值r_max位置坐標(biāo)(x_max,y_max)作為光軸出露點(diǎn)的位置坐標(biāo)。

進(jìn)一步，所述步驟(3)中幾何變換的公式如下：

式中，S_n為縮放比率，θ_m為旋轉(zhuǎn)角度，(x_i,y_j)為初始特征模板T₀的某一像素；(x_imn,y_jmn)為縮放比率為S_n、旋轉(zhuǎn)角度為θ_m下的特征模板T_mn中(x_i,y_j)的對應(yīng)像素，T_mn為縮放比率S_n、旋轉(zhuǎn)角度θ_m下的特征模板，其中，S_n＝1±nΔS(n＝0,1,2,…,N，N為整數(shù))，ΔS為縮放的變化間隔；θ_m＝mΔθ(m＝0,1,2,…,M，M為整數(shù))，Δθ為旋轉(zhuǎn)角度的變化間隔。

進(jìn)一步，在幾何變換過程中，如果特征模板T_mn中對應(yīng)像素(x_i,y_j)位置坐標(biāo)不是整數(shù)，采用數(shù)字圖像處理中最近鄰插值法或者其他插值法作近似處理。

進(jìn)一步，所述步驟(4)中，相關(guān)系數(shù)r_mn(x,y)的計算公式如下：

式中，T_mn為特征模板的灰度分布，I為偏光干涉圖的灰度分布，p、q分別為圖像的橫縱坐標(biāo)(p＝1,2,…,P、q＝1,2,…,Q，其中P、Q為特征模板的行列數(shù))，x、y分別為特征模板與偏光干涉圖的橫縱向偏移像素。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

一、本發(fā)明利用已知中心的模板圖像經(jīng)過一定的幾何變換后，與待測錐光干涉圖進(jìn)行互相關(guān)匹配運(yùn)算，選取互相關(guān)系數(shù)最大的位置坐標(biāo)作為光軸出露點(diǎn)位置坐標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了光軸出露點(diǎn)高精度的自動提取，提高了測量精度及效率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的流程示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例1中厚度為30mm的電光晶體偏光干涉圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例1中初始特征模板和幾何變換后的特征模板，其中(a)為初始特征模板、(b)、(c)、(d)為幾何變換后的特征模板；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例1中相關(guān)系數(shù)r_mn和對應(yīng)的位置坐標(biāo)(x_mn,y_mn)的圖表示意圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例2中不同特征模板T_mn下相關(guān)系數(shù)r_mn的變化曲線示意圖；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例2中厚度為10mm的電光晶體偏光干涉圖；

圖7為本發(fā)明實(shí)施例2中初始特征模板和幾何變換后的特征模板，其中(a)為初始特征模板、(b)、(c)、(d)為幾何變換后的特征模板；

圖8為本發(fā)明實(shí)施例2中相關(guān)系數(shù)r_mn和對應(yīng)的位置坐標(biāo)(x_mn,y_mn)的圖表示意圖；

圖9為本發(fā)明實(shí)施例2中不同特征模板T_mn下相關(guān)系數(shù)r_mn的變化曲線示意圖；

圖10為本發(fā)明中相應(yīng)步驟對應(yīng)相應(yīng)變化圖的流程示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

實(shí)施例1

一種基于圖像互相關(guān)匹配的電光晶體光軸出露點(diǎn)提取方法，具體如下：

對于較厚的電光晶體，本實(shí)施例中電光晶體厚度為30mm。在偏光干涉測量系統(tǒng)中采集到厚度為30mm的電光晶體偏光干涉圖I，如圖2所示；

(1)根據(jù)偏光干涉原理，模擬仿真得到合適的偏光干涉圖初始特征模板T₀；如圖3(a)所示；

(2)對模擬仿真得到的初始特征模板T₀以一系列不同的縮放比率S_n、不同旋轉(zhuǎn)角度θ_m進(jìn)行幾何變換，獲得不同大小、不同旋轉(zhuǎn)角度下的特征模板圖像T_mn；如圖3(b)、如圖3(c)、如圖3(d)所示；幾何變換的公式如下：

式中，S_n為縮放比率，θ_m為旋轉(zhuǎn)角度，(x_i,y_j)為初始特征模板T₀的某一像素；(x_imn,y_jmn)為縮放比率為S_n、旋轉(zhuǎn)角度為θ_m下的特征模板T_mn中(x_i,y_j)的對應(yīng)像素，T_mn為縮放比率S_n、旋轉(zhuǎn)角度θ_m下的特征模板，其中，S_n＝1±nΔS(n＝0,1,2,…,N，N為整數(shù))，ΔS為縮放的變化間隔；θ_m＝mΔθ(m＝0,1,2,…,M，M為整數(shù))，Δθ為旋轉(zhuǎn)角度的變化間隔。在幾何變換過程中，如果特征模板T_mn中對應(yīng)像素(x_i,y_j)位置坐標(biāo)不是整數(shù)，采用數(shù)字圖像處理中最近鄰插值法或者其他插值法作近似處理，否則不作處理。

(3)將經(jīng)過幾何變換后得到的所有特征模板T_mn分別和偏光干涉圖I進(jìn)行圖像互相關(guān)匹配運(yùn)算，用相關(guān)系數(shù)r_mn(x,y)定量特征模板T_mn和偏光干涉圖I的相關(guān)程度，經(jīng)過圖像互相關(guān)匹配運(yùn)算，得到所有特征模板T_mn下的最大相關(guān)系數(shù)r_mn-max和最大相關(guān)系數(shù)的位置坐標(biāo)(x_mn,y_mn)，如圖4所示，其中不同特征模板T_mn下相關(guān)系數(shù)r_mn-max滿足如圖5所示變化曲線關(guān)系；相關(guān)系數(shù)的計算公式如下：

式中，T_mn為特征模板的灰度分布(特征模板在計算機(jī)中存儲的就是圖像灰度值)，I為偏光干涉圖的灰度分布(偏光干涉圖在計算機(jī)中存儲的就是圖像灰度值)，p、q分別為圖像的橫縱坐標(biāo)(p＝1,2,…,P、q＝1,2,…,Q，其中P、Q為特征模板的行列數(shù))，x、y分別為特征模板與偏光干涉圖的橫縱向偏移像素。

(4)選取最大相關(guān)系數(shù)r_mn-max中的最大值r_max，將最大值r_max位置坐標(biāo)(x_max,y _max)作為光軸出露點(diǎn)的位置坐標(biāo)。本實(shí)施例選取相關(guān)系數(shù)r_mn-max最大值0.996對應(yīng)的位置坐標(biāo)(251,254)作為光軸出露點(diǎn)的位置坐標(biāo)。

實(shí)施例2

一種基于圖像互相關(guān)匹配的電光晶體光軸出露點(diǎn)提取方法，具體如下：

對于較厚的電光晶體，本實(shí)施例中電光晶體厚度為30mm。在偏光干涉測量系統(tǒng)中采集到厚度為30mm的電光晶體偏光干涉圖I，如圖6所示；

(1)根據(jù)偏光干涉原理，模擬仿真得到合適的偏光干涉圖初始特征模板T₀；如圖7(a)所示；

(2)對模擬仿真得到的初始特征模板T₀以一系列不同的縮放比率S_n、不同旋轉(zhuǎn)角度θ_m進(jìn)行幾何變換，獲得不同大小、不同旋轉(zhuǎn)角度下的特征模板圖像T_mn；如圖7(b)、如圖7(c)、如圖7(d)所示；幾何變換的公式如下：

式中，S_n為縮放比率，θ_m為旋轉(zhuǎn)角度，(x_i,y_j)為初始特征模板T₀的某一像素；(x_imn,y_jmn)為縮放比率為S_n、旋轉(zhuǎn)角度為θ_m下的特征模板T_mn中(x_i,y_j)的對應(yīng)像素，T_mn為縮放比率S_n、旋轉(zhuǎn)角度θ_m下的特征模板，其中，S_n＝1±nΔS(n＝0,1,2,…,N，N為整數(shù))，ΔS為縮放的變化間隔；θ_m＝mΔθ(m＝0,1,2,…,M，M為整數(shù))，Δθ為旋轉(zhuǎn)角度的變化間隔。在幾何變換過程中，如果T_mn中對應(yīng)像素(x_i,y_j)位置坐標(biāo)不是整數(shù)，采用數(shù)字圖像處理中最近鄰插值法或者其他插值法作近似處理，否則不作處理。

(3)將經(jīng)過幾何變換后得到的所有特征模板T_mn分別和偏光干涉圖I進(jìn)行圖像互相關(guān)匹配運(yùn)算，用相關(guān)系數(shù)r_mn(x,y)定量特征模板T_mn和偏光干涉圖I的相關(guān)程度，經(jīng)過圖像互相關(guān)匹配運(yùn)算，得到在特征模板T_mn下的最大相關(guān)系數(shù)r_mn-max和最大相關(guān)系數(shù)的位置坐標(biāo)(x_mn,y_mn)，如圖8所示，其中不同特征模板T_mn下相關(guān)系數(shù)r_mn-max滿足如圖9所示變化曲線關(guān)系；相關(guān)系數(shù)的計算公式如下：

式中，T_mn為特征模板的灰度分布(特征模板在計算機(jī)中存儲的就是圖像灰度值)，I為偏光干涉圖的灰度分布(偏光干涉圖在計算機(jī)中存儲的就是圖像灰度值)，p、q分別為圖像的橫縱坐標(biāo)(p＝1,2,…,P、q＝1,2,…,Q，其中P、Q為特征模板的行列數(shù))，x、y分別為特征模板與偏光干涉圖的橫縱向偏移像素。

(4)選取最大相關(guān)系數(shù)r_mn-max中的最大值r_max，將最大值r_max位置坐標(biāo)(x_max,y_max)作為光軸出露點(diǎn)的位置坐標(biāo)。本實(shí)施例選取相關(guān)系數(shù)r_mn-max最大值0.996對應(yīng)的位置坐標(biāo)(250,250)作為光軸出露點(diǎn)的位置坐標(biāo)。

以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本申請的具體實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對本申請保護(hù)范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本申請技術(shù)方案構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本申請的保護(hù)范圍。