專利名稱：平面光學(xué)元件的面形偏差測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種平面光學(xué)元件的面形偏差測量方法。
背景技術(shù)：
處理干涉條紋圖像可以獲得平面光學(xué)元件的面形偏差，該面形偏差值反映了被測平面光學(xué)元件的面形加工信息。如何能夠準確、方便及低成本檢測平面光學(xué)元件的面形偏差，對于改善平面光學(xué)元件的高精度加工具有重要的作用。目前，人工作圖法可以滿足光學(xué)元件生產(chǎn)車間的低成本檢測要求，但過程較為繁瑣且測量精度不高。隨著人們對平面光學(xué)元件的加工要求越來越高，這種方法已經(jīng)不能滿足精度高、適應(yīng)性強及自動化測量的要求。用目視判讀法雖然可獲得平面光學(xué)元件的面形偏差，但這種方法的缺點是得到的測量結(jié)果受不同目視判讀者的影響較大，有時不同目視判讀者對同一幅干涉條紋圖像的判讀結(jié)果會有較大的差異。這給實際生產(chǎn)過程中光學(xué)元件的高精度加工帶來困難。

發(fā)明內(nèi)容
為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明公開了一種平面光學(xué)元件的面形偏差測量方法。不但可增強處理干涉條紋圖像的適應(yīng)性、提高測量精度及降低檢測成本，而且可將處理后的干涉條紋圖像及由此得到的被測平面光學(xué)元件的面形偏差值顯示在顯示裝置上，使操作者能夠方便地觀察干涉條紋圖像。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下
一種平面光學(xué)元件的面形偏差測量方法，其特征在于按照如下方法進行A)攝像頭將標(biāo)準樣板標(biāo)準光圈的干涉條紋圖像數(shù)據(jù)進行采集，通過USB接口將采集到的標(biāo)準樣本圖像數(shù)據(jù)傳送給DSP進行數(shù)字信號處理
a) 建立接收到的干涉條紋圖像與顯示裝置上顯示圖形的映射關(guān)系；
b) 按建立的映射關(guān)系將干涉條紋圖像送到顯示裝置進行顯示；
c) 將干涉條紋圖像轉(zhuǎn)換為灰度圖像；
d) 對灰度圖像進行濾波及二值化處理；
e) 在處理后的干涉條紋圖像中，選取與此圖像同心的圓形區(qū)域作為測試區(qū)域，再求取
該測試區(qū)域中干涉條紋的數(shù)據(jù)；
4f) 判斷是否已確定BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，如果是，則轉(zhuǎn)步驟D)，否則繼續(xù)步驟g);
g) 將測試區(qū)域按比例擴大，對新測試區(qū)域，再求取干涉條紋的數(shù)據(jù)；
h) 判斷是否得到指定組樣本數(shù)據(jù)，如果是，則轉(zhuǎn)步驟B)否則進入步驟g);
B) 用步驟e)和步驟g)中干涉條紋的數(shù)據(jù)對BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行訓(xùn)練
C) 確定要采用的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；
D) 攝像頭將被測平面光學(xué)元件的干涉條紋圖像數(shù)據(jù)進行采集，通過USB接口將采集到的圖像數(shù)據(jù)傳送給DSP， DSP按步驟a) 步驟e)進行數(shù)字信號處理，得到的測量數(shù)據(jù)送入由步驟C)所確定的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行計算；
E) BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸出面形偏差值，并送入DSP的緩存區(qū)；
F) DSP將步驟E)中面形偏差值送入顯示裝置進行顯示。
A) e)中所述的干涉條紋的數(shù)據(jù)為測試區(qū)域中干涉條紋彎曲量、干涉條紋間距及干涉條紋彎曲量與干涉條紋間距的比值。
A) e)中所述的測試區(qū)域，該區(qū)域進行第一次選擇時占整個圖像區(qū)域面積的比例范圍是50% 95%。
A) g)中所述的將測試區(qū)域按比例擴大，該區(qū)域進行擴大的比例范圍是0. 2% 5%。
A) h)中所述的指定組樣本數(shù)據(jù)不小于40組樣本數(shù)據(jù)。
B) 中所述的進行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練首先建立三層BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，將各測試區(qū)域中干涉條紋彎曲量、干涉條紋間距和測試區(qū)域直徑作為輸入樣本，將各測試區(qū)域中干涉條紋彎曲量與干涉條紋間距的比值作為輸出樣本，對BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行訓(xùn)練；訓(xùn)練先從輸入層開始正向計算各層神經(jīng)元的輸入和輸出，逐層修改BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的連接權(quán)值，直至輸出節(jié)點的實際輸出與輸出節(jié)點的期望輸出的誤差平方和不大于給定的誤差平方和時，確定BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；給定的誤差平方和的范圍是1X 10 — 4 1 X 10 - 6。
與在先技術(shù)相比，本發(fā)明具有下列技術(shù)效果
1、 通過求取多組測試區(qū)域中干涉條紋彎曲量、干涉條紋間距及兩者的比值作為樣本數(shù)據(jù)，
可增強BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理干涉條紋圖像的適應(yīng)性、提高測量精度。
2、 DSP處理包含平面光學(xué)元件面形偏差信息的干涉條紋圖像時，得到的測量結(jié)果具有一致性高、不受不同目視判讀者影響的特點。
3、 DSP通過快速、自動地處理干涉條紋圖像，可減少人工參與，而且用圖形點陣液晶顯示屏對處理后的干涉條紋圖像進行顯示時，使操作者能夠方便地觀察干涉條紋圖像并進行光路調(diào)節(jié)，從而降低檢測成本。


圖1是采用本發(fā)明所述測量方法的面形偏差測量系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖;
圖2是本發(fā)明采用的三層BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的示意圖3是本發(fā)明獲取平面光學(xué)元件的面形偏差的流程圖。
具體實施例方式
以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述，但本實施例并不用于限制本發(fā)明，凡是采用本發(fā)明的相似結(jié)構(gòu)、方法及其相似變化，均應(yīng)列入本發(fā)明的保護范圍。
圖1是采用本發(fā)明所述測量方法的面形偏差測量系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖。由圖可見，本發(fā)明面形偏差測量系統(tǒng)包括攝像頭、數(shù)字信號處理器(DSP)、 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和顯示裝置。
所述攝像頭的像素為320x240;所述的DSP釆用TMS320DM642。所述的顯示裝置包括彩色圖形點陣液晶顯示屏和單色圖形點陣液晶顯示屏，該顯示裝置用于顯示處理后的干涉條紋圖像和被測平面光學(xué)元件的面形偏差值，本例中顯示裝置采用圖形點陣液晶顯示屏ZXM128128A，其像素點陣為128x128。
A)攝像頭將標(biāo)準樣板標(biāo)準光圈的干涉條紋圖像數(shù)據(jù)進行采集，通過USB接口將采集到的標(biāo)準樣本圖像數(shù)據(jù)傳送給DSP進行數(shù)字信號處理
a) TMS320DM642通過USB接口接收到干涉條紋圖像數(shù)據(jù)后，在內(nèi)存中建立接收到的干涉條紋圖像與顯示裝置上顯示圖形的映射關(guān)系；
b) 按建立的映射關(guān)系將干涉條紋圖像送到顯示裝置進行顯示；
c) 將干涉條紋圖像轉(zhuǎn)換為灰度圖像；
d) 對灰度圖像進行濾波及二值化處理；
e) 在處理后的干涉條紋圖像中，選取與此圖像同心的圓形區(qū)域作為測試區(qū)域，再求取
該測試區(qū)域中干涉條紋的數(shù)據(jù)；其中干涉條紋的彎曲量&與相應(yīng)條紋間距的比值iV/。本例中第一次選擇占整個圖像區(qū)域面積的70%的區(qū)域作為測試區(qū)域；
f) 判斷是否已確定BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，如果是，則轉(zhuǎn)步驟D)，否則繼續(xù)步驟g);
g) 將測試區(qū)域按比例擴大，對新測試區(qū)域，再求取干涉條紋的彎曲量/72與相應(yīng)條紋間距坊的比值iV/，本例中擴大的測試區(qū)域按每次O. 2%的比例增加。按這種方法在整個圖像中可以得到多個比值iV;t'。則可得到k組樣本數(shù)據(jù)，即(/7/,///， iV/),(&, &，0，…，(&,/4， O，其中k = 1， 2,…'60。
h)判斷是否得到指定組樣本數(shù)據(jù)，如果是，則轉(zhuǎn)步驟B)否則進入步驟g);
B) 用步驟e)和步驟g)中干涉條紋圖像數(shù)據(jù)對BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行訓(xùn)練；
C) 確定要采用的祌經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；
D) 攝像頭將被測平面光學(xué)元件的干涉條紋圖像數(shù)據(jù)進行采集，通過USB接口將采集到的圖像數(shù)據(jù)傳送給DSP， DSP按步驟a) 步驟e)進行數(shù)字信號處理，得到的測量數(shù)據(jù)送入由步驟C)所確定的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行計算；
E) BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸出面形偏差值，并送入DSP的緩存區(qū)；
F) DSP將步驟E)中面形偏差值送入顯示裝置進行顯示。
所述的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種誤差反向傳播的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，該模型是一個包含三個輸入和一個輸出的三層前饋型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，其中由12個S型函數(shù)神經(jīng)元構(gòu)成隱含層，由一個線性激活函數(shù)神經(jīng)元構(gòu)成輸出層；
圖2是本發(fā)明采用的三層BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的示意圖。該BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的三層節(jié)點表示為輸入節(jié)點Xj，隱節(jié)點Z,，輸出節(jié)點愚，其中_/= 1， 2， 3， i = 1， 2,…，12。網(wǎng)絡(luò)輸入節(jié)點與
隱節(jié)點間的網(wǎng)絡(luò)權(quán)值為C/^，隱節(jié)點與輸出節(jié)點間的網(wǎng)絡(luò)權(quán)值為K，隱層的閾值為。"隱層函數(shù)為S型函數(shù)，輸出節(jié)點的期望輸出為W/。當(dāng)A^與輸出層節(jié)點的實際輸出不一致或誤差不滿足時，則執(zhí)行誤差前饋傳播，逐層修改網(wǎng)絡(luò)的連接權(quán)值，直至輸出節(jié)點的實際輸出與輸出節(jié)點的期望輸出的誤差平方和不大于給定的誤差平方和。將BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用于獲取平面光學(xué)元件的面形偏差前，要對BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行訓(xùn)練。在確定BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)后，將A) e) A) g)中樣本數(shù)據(jù)輸入到BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，對BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行多次循環(huán)訓(xùn)練，直至輸出節(jié)點的實際輸出與輸出節(jié)點的期望輸出的誤差平方和不大于給定的誤差平方和時，確定BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。本例屮，采用60組樣本數(shù)據(jù)，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在進行了 700次循環(huán)訓(xùn)練后，誤差平方和不大于7.6317X10一5。
圖3是本發(fā)明獲取平面光學(xué)元件的面形偏差的流程圖。按照這個流程圖，進行操作，具體描述如下-
① 攝像頭采集標(biāo)準樣板標(biāo)準光圈的干涉條紋圖像；
② 攝像頭通過USB接口將采集到的干涉條紋圖像數(shù)據(jù)傳送給DSP;
③ 建立接收到的干涉條紋圖像與顯示裝置上顯示圖形的映射關(guān)系，由DSP按該映射關(guān)系將干涉條紋圖像送到顯示裝置進行顯示；
④ DSP對接收到的干涉條紋圖像進行預(yù)處理，即將之轉(zhuǎn)換為灰度圖像，然后對灰度圖像進行濾波及二值化；
⑤ 選擇占整個圖像區(qū)域面積一定比例的同心圓形區(qū)域作為測試區(qū)域，并求取測試區(qū)域中干涉條紋彎曲量、干涉條紋間距及兩者的比值；
⑥ 判斷是否已確定BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，如果是，則轉(zhuǎn)步驟 ，否則繼續(xù)步驟⑦
⑦ 將步驟⑤中測試區(qū)域按定比例擴大后得到的區(qū)域作為新的測試區(qū)域，并求取該測試區(qū)域中干涉條紋彎曲量、干涉條紋間距及兩者的比值；
⑧ 判斷是否得到指定組樣本數(shù)據(jù)，如果是，則轉(zhuǎn)步驟⑨否則進入步驟⑦；
⑨ 將步驟⑤和步驟⑦各測試區(qū)域中干涉條紋彎曲量、干涉條紋間距和測試區(qū)域直徑作為輸入樣本，而將各測試區(qū)域中干涉條紋彎曲量與干涉條紋間距的比值作為輸出樣本，對建立的三層BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行訓(xùn)練；
⑩ 當(dāng)輸出節(jié)點的實際輸出與輸出節(jié)點的期望輸出的誤差平方和不大于給定的誤差平方和時，選定節(jié)點間網(wǎng)絡(luò)權(quán)值和隱層閾值，確定BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；
攝像頭采集被測平面光學(xué)元件的干涉條紋圖像，并將該圖像數(shù)據(jù)送入DSP，由DSP按步
驟③ ⑤進行處理，得到的測量數(shù)據(jù)送入步驟⑩所確定的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；
^BP祌經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸出面形偏差值，并送入DSP的緩存區(qū)；
DSP將步驟 的面形偏差值送入顯示裝置進行顯示；
以上所述的實施例僅用于說明本發(fā)明的技術(shù)思想及特點，其目的在使本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實施，當(dāng)不能僅以本實施例來限定本發(fā)明的專利范圍，即凡依本發(fā)明所揭示的精神所作的同等變化或修飾，仍落在本發(fā)明的專利范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種平面光學(xué)元件的面形偏差測量方法，其特征在于按照如下方法進行A)攝像頭將標(biāo)準樣板標(biāo)準光圈的干涉條紋圖像數(shù)據(jù)進行采集，通過USB接口將采集到的標(biāo)準樣本圖像數(shù)據(jù)傳送給DSP進行數(shù)字信號處理a)建立接收到的干涉條紋圖像與顯示裝置上顯示圖形的映射關(guān)系；b)按建立的映射關(guān)系將干涉條紋圖像送到顯示裝置進行顯示；c)將干涉條紋圖像轉(zhuǎn)換為灰度圖像；d)對灰度圖像進行濾波及二值化處理；e)在處理后的干涉條紋圖像中，選取與此圖像同心的圓形區(qū)域作為測試區(qū)域，再求取該測試區(qū)域中干涉條紋的數(shù)據(jù)；f)判斷是否已確定BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，如果是，則轉(zhuǎn)步驟D)，否則繼續(xù)步驟g)；g)將測試區(qū)域按比例擴大，對新測試區(qū)域，再求取干涉條紋的數(shù)據(jù)；h)判斷是否得到指定組桿本數(shù)據(jù)，如果是，則轉(zhuǎn)步驟B)否則進入步驟g)；B)用步驟e)和步驟g)中干涉條紋的數(shù)據(jù)對BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行訓(xùn)練；C)確定要采用的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；D)攝像頭將被測平面光學(xué)元件的干涉條紋圖像數(shù)據(jù)進行采集，通過USB接口將采集到的圖像數(shù)據(jù)傳送給DSP，DSP按步驟a)～步驟e)進行數(shù)字信號處理，得到的測量數(shù)據(jù)送入由步驟C)所確定的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行計算；E)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸出面形偏差值，并送入DSP的緩存區(qū)；F)DSP將步驟E)中面形偏差值送入顯示裝置進行顯示。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種平面光學(xué)元件的面形偏差測量方法，其特征在于A) e)中所述的干涉條紋的數(shù)據(jù)為測試區(qū)域中干涉條紋彎曲量、干涉條紋間距及干涉條紋彎曲量與干涉 條紋間距的比值。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種平面光學(xué)元件的面形偏差測量方法，其特征在于A) e)中所述 的測試區(qū)域，該區(qū)域進行第一次選擇時占整個圖像區(qū)域面積的比例范圍是50% 95%。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種平面光學(xué)元件的面形偏差測量方法，其特征在于A) g)中所述 的將測試區(qū)域按比例擴大，該區(qū)域進行擴大的比例范圍是0. 2% 5%。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種平面光學(xué)元件的面形偏差測量方法，其特征在于A) h)中所述 的指定組樣本數(shù)據(jù)不小于40組樣本數(shù)據(jù)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種平面光學(xué)元件的面形偏差測量方法，其特征在于B)中所述的進行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練首先建立三層BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，將各測試區(qū)域中干涉條紋彎曲量、干涉條紋間距和測試區(qū)域直徑作為輸入樣本，將各測試區(qū)域中干涉條紋彎曲量與干涉條紋間距的 比值作為輸出樣本，對BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行訓(xùn)練；訓(xùn)練先從輸入層開始正向計算各層神經(jīng)元的 輸入和輸出，逐層修改BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的連接權(quán)值，直至輸出節(jié)點的實際輸出與輸出節(jié)點的期 望輸出的誤差平方和不大于給定的誤差平方和時，確定BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；給定的誤差平方和的 范圍是1X10 —4 1X10一6。
全文摘要
一種平面光學(xué)元件的面形偏差測量方法，首先由攝像頭將標(biāo)準樣本圖像數(shù)據(jù)進行采集，通過USB接口將采集到的標(biāo)準樣本圖像數(shù)據(jù)傳送給DSP進行數(shù)字信號處理；用處理后的圖像數(shù)據(jù)對BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行訓(xùn)練，以確定采用的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；由攝像頭將被測平面光學(xué)元件的干涉條紋圖像數(shù)據(jù)進行采集，通過USB接口將采集到的圖像數(shù)據(jù)傳送給DSP進行數(shù)字信號處理，得到的測量數(shù)據(jù)送入確定的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行計算；BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸出面形偏差值，并送入DSP的緩存區(qū)；再由DSP將該面形偏差值送入顯示裝置進行顯示。本發(fā)明由于操作者能夠方便地觀察干涉條紋圖像并進行光路調(diào)節(jié)，從而降低檢測成本；測量結(jié)果不受目視判讀者影響，可有效提高測量精度。
文檔編號G06N3/08GK101672631SQ200910196710
公開日2010年3月17日 申請日期2009年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月29日
發(fā)明者劉正國, 江曉軍 申請人:上海第二工業(yè)大學(xué)