慣性約束聚變終端光學元件損傷在線檢測技術研究.pdf

1、終端光學組件(Final Optics Module, FOM)是慣性約束核聚變(Inertial Confinement Fusion, ICF)系統(tǒng)的關鍵部件之一，集成了多種大口徑終端光學元件。由于光束自聚焦等原因，終端光學元件在長期的高能量激光輻射下其表面及內部會產(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)增長關系。因此，需要在損傷形成的初始階段就對其進行檢測和跟蹤，在損傷尺寸達到一定閾值前及時維修，否則將造成不可修復的損傷并

2、帶來巨大的經(jīng)濟損失。本課題主要研究終端光學元件在線檢測技術。
　　ICF終端光學元件具有口徑大、數(shù)量多、工作距長等特點，為保證 ICF系統(tǒng)正常運行，每次打靶前均需要對終端光學元件的健康情況進行評估。如何在短時間內迅速完成全部光學元件的高質量圖像獲取，以及在檢測圖像中剔除干擾信號，實現(xiàn)對損傷區(qū)域的準確識別、定位及精確測量，是終端光學元件在線檢測(Final optics online inspection, FOOI)需要解決的關鍵

3、技術問題。
　　針對上述問題，本文以神光 III主機裝置為研究對象，對ICF終端光學元件在線檢測技術進行了研究，主要研究內容如下：
　　對適用于ICF系統(tǒng)終端光學元件的在線檢測方法進行了研究，設計了相應的檢測系統(tǒng)并給出了完整的檢測流程。針對神光 III主機裝置中終端光學元件的排布特點，采用變焦成像技術設計了一套高分辨率光學成像系統(tǒng)，實現(xiàn)了對終端光學元件的高分辨率成像。針對神光III主機裝置中FOM的分布情況設計了姿態(tài)調整系統(tǒng)

4、，該系統(tǒng)可以快速實現(xiàn)光學成像系統(tǒng)的球空間姿態(tài)調整，完成對神光III主機裝置中432塊光學元件的自動圖像獲取。
　　針對照明不均及“亮背景”對于損傷區(qū)域準確識別的影響，對適用于終端光學元件在線檢測圖像的損傷區(qū)域自動識別、定位方法進行了研究。根據(jù)在線檢測圖像中損傷區(qū)域中心峰值的信號強度高于局部背景的信號強度這一特點，提出了一種基于局部信號強度比(Local Area Signal Strength ratio, LASS)及改進二維直

5、方圖的損傷檢測算法，解決了圖像中“亮背景”對檢測的干擾。針對檢測結果中的虛假損傷問題，提出了一種基于AdaBoost的剔除方法，進一步提高了損傷檢測的識別率。
　　針對跨像素成像、灰度飽和以及電荷溢出等問題對于損傷高精度定量檢測的影響，提出了一種通過回歸實現(xiàn)損傷尺寸高精度定量測量的方法。將像素級在線檢測結果與離線檢測平臺下的高精度亞像素檢測結果相結合，通過最小二乘支持向量機(Least squares support vector

6、 machine, LSSVM)建立回歸模型。采用隨機抽樣一致性(Random sample consensus, RANSAC)算法對建模樣本中的離群樣本進行剔除，保證回歸模型的準確性。
　　基于本文設計的在線檢測系統(tǒng)，對通過圖像拼接方式提高檢測分辨率的可行性及方案進行了研究。針對傳統(tǒng)配準算法不適用于終端光學元件在線檢測圖像的問題，結合檢測系統(tǒng)的運動信息，采用基于多特征歸一化的損傷區(qū)域相似性評價方法，實現(xiàn)在線檢測子圖像的配準。提