基于矩不变性的激光光束束宽评价方法技术

本发明专利技术公开了一种基于矩不变性的激光光束束宽评价方法，属于光学计量领域。本评价方法首先对采集到的光束图像进行扣除背景、二值化、中值滤波处理得到滤波图像，之后在滤波图像上进行区域标记找出实测光斑区域，然后计算实测光斑的质心和二阶矩并将计算结果代入基于矩不变性原理获得的公式中，计算出光斑的长轴和短轴，即束宽；最后用与计算结果相适应的矩形框住实测光斑并显示。用本评价方法不仅可以计算规则形状，如圆形、椭圆形的激光光斑，也可以计算不规则形状的激光光斑，且计算结果不因光斑的平移和旋转而改变，反应了激光光束的固有特性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光学计量领域，主要涉及一种激光空域参数测量算法，尤其涉及一种激光光束束宽的评价方法。
技术介绍
近年来，激光技术获得了突飞猛进的发展，在工业、医疗、国防、信息科学、生物技术等诸多领域都得到了广泛的应用。光束质量是判断激光系统综合性能的一项重要技术指标，对激光光束质量进行准确测量可以为激光输出提供准确可靠的实验数据，从而使激光更安全、可靠、有效地应用于各个领域。随着激光技术的发展，激光光束质量测量技术也在不断发展之中。激光光束质量主要包括激光光束束宽、空间强度分布、束散角和指向稳定性等空域参数，这些参数决定着激光的有效传输距离、激光在目标上的聚焦性能等指标。在反映激光光束质量的空域参数中，激光光束束宽具有重要的地位，并直接决定着束散角的测量结果。在实际测量中，一般是通过阵列探测器(如CCD)对激光光束的横截面进行成像，再对采集的二维图像进行处理得到激光光束的束宽。针对束宽的算法主要有Ι/e2定义法和二阶矩定义法。Ι/e2定义法是经常被使用的一种方法，对旋转对称光束，在通过光斑质心的光强(光功率度)分布曲线Kr)上，最大值_的Ι/e2 (见如下公式I)处二点间距离之半定义为束宽W6:Kwe) = 1/e2 X Imax(I)二阶矩定义法主要基于1995年ISO/D ISl1146国际标准文件规定的束宽定义及其测定方法。即用功率密度分布的二阶矩给出x，y方向的束宽1和\(见如下公式2和3)，上述积分原则上是对整个x-y平面积分，实际上此积分是至少在捕获光功率(能量)99 %以上的区域进行。此方法在理论上较为严格，是当前广为应用的计算方法。

【技术保护点】
一种基于矩不变性的激光光束束宽评价方法，其特征在于：该方法包括以下操作步骤：第一步，接到键盘命令后读取光束图像O和背景噪声图B，将光束图像O的灰度值减去背景噪声图像B中对应像素的灰度值，得到待测图像G并存储到计算机的硬盘中；第二步，统计得到待测图像G的灰度直方图，计算所述灰度直方图的门限阈值m，根据下式处理得到所述待测图像G的二值化图像G2，并将该二值化图像G2存储在计算机的硬盘中：g2(s,t)=0···············g(s,t)<m;255··········&CenterDot;·g(s,t)≥m;其中，g2(s，t)是二值化图像G2在像素点(s，t)的灰度值；第三步，用3×3像素模板对二值化图像G2进行中值滤波处理，即把所述模板整体放置在二值化图像G2的左上角，对模板所覆盖下的二值化图像G2的9个灰度值进行大小排序，并将第五个值赋给中心像素，逐行逐像素移动模板，每移动一个像素就进行一次中值滤波，直至遍历二值化图像G2的所有区域；第四步，找出滤波图像G3中灰度值为255的K个连通区域，并用qk表示连通区域，其中，k＝1、2、3......K；第五步，计算各连通区域所含的像素数，将具有最多像素数的连通区域qk视为光斑区域；第六步，将滤波图像G3上的光斑区域对应到待测图像G上，获得光斑区域所对应的实测光斑Q；第七步，根据以下步骤计算实测光斑Q的相关参数：7.1根据下式计算实测光斑的质心坐标x‾=ΣΣs×g(s,t)ΣΣg(s,t)y‾=ΣΣt×g(s,t)ΣΣg(s,t)其中，s是实测光斑中任一像素点的横坐标值，t是实测光斑中任一像素点的纵坐标值，(s，t)的取值范围为实测光斑Q的所有区域；7.2通过下式计算实测光斑Q的长半径a、短半径b以及长半径与待测图像G水平方向的倾角θ：θ=(1/2)tan-1[2u11/(u20-u02)]a=[u20+u02+[(u20-u02)2+4u112]1/2u00/2]1/2b=[u20+u02-[(u20-u02)2+4u112]1/2u00/2]1/2upq=∫∫(s-x‾)p(t-y‾)qg(s,t)dsdt其中，upq为实测光斑Q的二阶中心矩且p＝0、1、2，q＝0、1、2，积分范围为实测光斑Q包含的所有像素区域；第八步，计算实测光斑Q的束宽，即长轴L长＝2a，短轴L短＝2b；第九步，在屏幕上显示待测图像G、激光光斑的长轴L长、短轴L短以及长轴与待测图像G水平方向的倾角θ；并用长边等于长轴L长，短边等于短轴L短的矩形框套住所述实测光斑Q，其中，所述矩形框的中心与实测光斑Q的质心重合，矩形框的长边与待测图像G水平方向的夹角等于所述倾角θ。FSA00000850000100012.tif,FSA00000850000100025.tif...

【技术特征摘要】
1.一种基于矩不变性的激光光束束宽评价方法，其特征在于:该方法包括以下操作步骤: 第一步，接到键盘命令后读取光束图像O和背景噪声图B，将光束图像O的灰度值减去背景噪声图像B中对应像素的灰度值，得到...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨斌，杨鸿儒，韩占锁，王学新，袁良，史继芳，杨冶平，黎高平，
申请(专利权)人：中国兵器工业第二零五研究所，
类型：发明
国别省市：