慣性約束聚變終端光學(xué)元件損傷在線檢測(cè)技術(shù)研究.pdf

1、終端光學(xué)組件(Final Optics Module, FOM)是慣性約束核聚變(Inertial Confinement Fusion, ICF)系統(tǒng)的關(guān)鍵部件之一，集成了多種大口徑終端光學(xué)元件。由于光束自聚焦等原因，終端光學(xué)元件在長(zhǎng)期的高能量激光輻射下其表面及內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生激光損傷，損傷的尺寸與激光輻照次數(shù)基本呈指數(shù)增長(zhǎng)關(guān)系。因此，需要在損傷形成的初始階段就對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)和跟蹤，在損傷尺寸達(dá)到一定閾值前及時(shí)維修，否則將造成不可修復(fù)的損傷并

2、帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失。本課題主要研究終端光學(xué)元件在線檢測(cè)技術(shù)。
　　ICF終端光學(xué)元件具有口徑大、數(shù)量多、工作距長(zhǎng)等特點(diǎn)，為保證 ICF系統(tǒng)正常運(yùn)行，每次打靶前均需要對(duì)終端光學(xué)元件的健康情況進(jìn)行評(píng)估。如何在短時(shí)間內(nèi)迅速完成全部光學(xué)元件的高質(zhì)量圖像獲取，以及在檢測(cè)圖像中剔除干擾信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)損傷區(qū)域的準(zhǔn)確識(shí)別、定位及精確測(cè)量，是終端光學(xué)元件在線檢測(cè)(Final optics online inspection, FOOI)需要解決的關(guān)鍵

3、技術(shù)問題。
　　針對(duì)上述問題，本文以神光 III主機(jī)裝置為研究對(duì)象，對(duì)ICF終端光學(xué)元件在線檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行了研究，主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　對(duì)適用于ICF系統(tǒng)終端光學(xué)元件的在線檢測(cè)方法進(jìn)行了研究，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的檢測(cè)系統(tǒng)并給出了完整的檢測(cè)流程。針對(duì)神光 III主機(jī)裝置中終端光學(xué)元件的排布特點(diǎn)，采用變焦成像技術(shù)設(shè)計(jì)了一套高分辨率光學(xué)成像系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)終端光學(xué)元件的高分辨率成像。針對(duì)神光III主機(jī)裝置中FOM的分布情況設(shè)計(jì)了姿態(tài)調(diào)整系統(tǒng)

4、，該系統(tǒng)可以快速實(shí)現(xiàn)光學(xué)成像系統(tǒng)的球空間姿態(tài)調(diào)整，完成對(duì)神光III主機(jī)裝置中432塊光學(xué)元件的自動(dòng)圖像獲取。
　　針對(duì)照明不均及“亮背景”對(duì)于損傷區(qū)域準(zhǔn)確識(shí)別的影響，對(duì)適用于終端光學(xué)元件在線檢測(cè)圖像的損傷區(qū)域自動(dòng)識(shí)別、定位方法進(jìn)行了研究。根據(jù)在線檢測(cè)圖像中損傷區(qū)域中心峰值的信號(hào)強(qiáng)度高于局部背景的信號(hào)強(qiáng)度這一特點(diǎn)，提出了一種基于局部信號(hào)強(qiáng)度比(Local Area Signal Strength ratio, LASS)及改進(jìn)二維直

5、方圖的損傷檢測(cè)算法，解決了圖像中“亮背景”對(duì)檢測(cè)的干擾。針對(duì)檢測(cè)結(jié)果中的虛假損傷問題，提出了一種基于AdaBoost的剔除方法，進(jìn)一步提高了損傷檢測(cè)的識(shí)別率。
　　針對(duì)跨像素成像、灰度飽和以及電荷溢出等問題對(duì)于損傷高精度定量檢測(cè)的影響，提出了一種通過回歸實(shí)現(xiàn)損傷尺寸高精度定量測(cè)量的方法。將像素級(jí)在線檢測(cè)結(jié)果與離線檢測(cè)平臺(tái)下的高精度亞像素檢測(cè)結(jié)果相結(jié)合，通過最小二乘支持向量機(jī)(Least squares support vector

6、 machine, LSSVM)建立回歸模型。采用隨機(jī)抽樣一致性(Random sample consensus, RANSAC)算法對(duì)建模樣本中的離群樣本進(jìn)行剔除，保證回歸模型的準(zhǔn)確性。
　　基于本文設(shè)計(jì)的在線檢測(cè)系統(tǒng)，對(duì)通過圖像拼接方式提高檢測(cè)分辨率的可行性及方案進(jìn)行了研究。針對(duì)傳統(tǒng)配準(zhǔn)算法不適用于終端光學(xué)元件在線檢測(cè)圖像的問題，結(jié)合檢測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)信息，采用基于多特征歸一化的損傷區(qū)域相似性評(píng)價(jià)方法，實(shí)現(xiàn)在線檢測(cè)子圖像的配準(zhǔn)。提