阅读说明：本技术 一种激光光斑尺寸边缘轮廓线绘制方法 (Laser spot size edge contour line drawing method ) 是由 张思博 车英 王菲 刘长青 李玉瑶 黄一芮 赵亚超 陈燨 底才翔 田明 于 2019-09-18 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种激光光斑尺寸边缘轮廓线绘制方法,先求取激光光斑质心位置并以质心为坐标原点O’建立直角坐标系,通过求解θ<Sub>i</Sub>角度对应各有效像元(x’<Sub>a</Sub>,y’<Sub>b</Sub>)到过坐标原点O’且角度为90°+θ<Sub>i</Sub>直线的位移d<Sub>iab</Sub>及激光光斑尺寸ω<Sub>θi</Sub>,从而获得θ<Sub>i</Sub>角度方向对应的激光光斑尺寸边缘轮廓点的坐标(x<Sub>θi</Sub>,y<Sub>θi</Sub>),通过连接不同θ<Sub>i</Sub>角度方向的激光光斑尺寸边缘轮廓点,从而绘制出一个激光光斑尺寸边缘轮廓线。本发明通过连接各个边缘轮廓点绘制出光斑尺寸边缘轮廓曲线,直观地反映出激光光斑尺寸的几何形状。(The invention discloses a method for drawing a laser spot size edge contour line, which comprises the steps of firstly obtaining the centroid position of a laser spot, establishing a rectangular coordinate system by taking the centroid as the origin of coordinates O', and solving theta i The angle corresponds to each effective pixel (x' a ，y' b ) To the origin of coordinates O' and at an angle of 90 ° + θ i Linear displacement d iab And laser spot size omega θi To thereby obtain theta i coordinate (x) of edge contour point of laser spot size corresponding to angle direction θi ，y θi ) By connecting different theta i and (3) drawing a laser spot size edge contour line by using the laser spot size edge contour points in the angle direction. The invention draws a spot size edge contour curve by connecting each edge contour point, and visually reflects the geometric shape of the laser spot size.)

一种激光光斑尺寸边缘轮廓线绘制方法

技术领域

本发明涉及一种激光光斑尺寸边缘轮廓线绘制方法，属于激光技术领域。

背景技术

在激光器的设计、制造和应用中，对垂轴截面内激光光斑参数是评价激光光斑质量的重要指标，激光光斑尺寸边缘轮廓线能够直观地反映出激光光斑的几何形状。目前，绘制激光光斑尺寸边缘轮廓线方法主要有两种形式：一种是以光斑光强最大值的1/e2作为阈值进行提取，以大于此阈值的光斑尺寸边缘线作为光斑尺寸边缘轮廓；另一种是采用光强二阶矩法，求取X方向或同时求取X方向和Y方向的光斑尺寸，进而进行光斑尺寸边缘轮廓的圆拟合或椭圆拟合。由于1/e2计算光斑的方法无法满足ABCD定律，于是，国际标准化组织(ISO)在ISO11146文件中明确将二阶矩法作为推荐的光斑尺寸求取方法。此外，激光器输出光束的垂轴截面内光斑并非总是圆形或关于X和Y方向对称，因此，采用圆拟合或椭圆拟合无法客观真实地反映激光光斑尺寸的边缘轮廓。

发明内容

针对现有光斑尺寸边缘轮廓线绘制方法的不足，本发明的目的在于提出一种激光光斑尺寸边缘轮廓线绘制方法，通过光强二阶矩方法求解激光光斑图像任意角度方向的光斑尺寸边缘轮廓点位置，连接各边缘轮廓点获得光斑尺寸边缘轮廓线，科学全面反映激光光斑的空间特性。

如附图1所示，本发明提供的一种激光光斑尺寸边缘轮廓线绘制方法，包括以下步骤：

步骤一、获取一幅宽度W(像元数)、长度H(像元数)的激光光斑图像；所述的图像无背景噪声，且图像中无饱和的像元；以所述的图像左上角为原点O，水平向右方向为x轴正方向，竖直向下方向为y轴正方向建立直角坐标系xOy；提取所述图像中每个像元的坐标值(x_a，y_b)及对应的光强值I(x_a，y_b)；

步骤二、利用公式(1)和公式(2)计算出激光光斑质心O'的坐标位置(x_c，y_c)；

步骤三、以所述的质心O'为坐标原点，选取水平向右方向为x'轴正方向，竖直向上方向为y'轴正方向，建立直角坐标系x'O'y'；

步骤四、利用公式(3)计算直角坐标系x'O'y'下每个像元的坐标(x'_a，y'_b)，提取每个像元对应的光强值I(x'_a，y'_b)；

步骤五、在直角坐标系x'O'y'下，设一过坐标原点O'且角度为90°+θ_i的直线方程式为：

k_ix'+y'＝0 (4)

步骤六、在所述直角坐标系x'O'y'中，利用公式(5)求得θ_i角度对应的各有效像元(x'_a，y'_b)到方程式(4)所述直线的位移d_iab，利用公式(6)所示的激光光斑尺寸与光强二阶矩间关系求取角度θ_i方向上激光光斑尺寸ω_θi，即为θ_i方向上激光光斑尺寸边缘轮廓点P_θi到质心O'的距离；

所述步骤六中θ_i角度对应的有效像元的选取方法为：

当θ_i大于等于0°且小于等于90°或大于270°且小于等于360°时，如附图2所示，取d_iab>0的像元作为有效像元；

当θ_i大于90°且小于等于270°时，如附图3所示，取d_iab<0的像元作为有效像元；

步骤七、利用公式(7)和公式(8)求得θ_i角度方向对应的激光光斑尺寸边缘轮廓点的坐标(x_θi，y_θi)；

x_θi＝ω_θi*cosθi (7)

y_θi＝ω_θi*sinθi (8)

步骤八、重复步骤五至步骤七，求得不同θ_i值对应的激光光斑尺寸边缘轮廓点的坐标(x_θi，y_θi)；

步骤九、依次连接i＝1到i＝n(n优选大于3的整数)所对应的各激光光斑尺寸边缘轮廓点(x_θi，y_θi)，并连线(x_θ1，y_θ1)和(x_θn，y_θn)，从而绘制出一个激光光斑尺寸边缘轮廓线。

有益效果：本发明在求取激光光斑图像任意角度方向的光斑尺寸边缘轮廓点位置基础上，通过连接各个边缘轮廓点绘制出光斑尺寸边缘轮廓曲线，直观地反映出激光光斑的几何形状。

附图说明

图1是一种激光光斑尺寸边缘轮廓线绘制方法的流程示意图。

图2是角度θ_i在小于90°和大于270°范围时的有效点选取区域示意图。

图3是角度θ_i在90°到270°范围时的有效点选取区域示意图。

图4是i取24时激光光斑尺寸边缘轮廓线示意图。

具体实施方式

实施例1一种激光光斑尺寸边缘轮廓线绘制方法。

如附图1所示，本发明提供的一种激光光斑尺寸边缘轮廓线绘制方法，包括以下步骤：

步骤一、获取一幅宽度W(像元数)、长度H(像元数)的激光光斑图像；所述的图像无背景噪声，且图像中无饱和的像元；以所述的图像左上角为原点O，水平向右方向为x轴正方向，竖直向下方向为y轴正方向建立直角坐标系xOy；提取所述图像中每个像元的坐标值(x_a，y_b)及对应的光强值I(x_a，y_b)；

步骤二、利用公式(1)和公式(2)计算出激光光斑质心O'的坐标位置(x_c，y_c)；

步骤三、以所述的质心O'为坐标原点，选取水平向右方向为x'轴正方向，竖直向上方向为y'轴正方向，建立直角坐标系x'O'y'；

步骤四、利用公式(3)计算直角坐标系x'O'y'下每个像元的坐标(x'_a，y'_b)，提取每个像元对应的光强值I(x'_a，y'_b)；

步骤五、在直角坐标系x'O'y'下，设一过坐标原点O'且角度为90°+θ_i的直线方程式为：

k_ix'+y'＝0 (4)

步骤六、在所述直角坐标系x'O'y'中，利用公式(5)求得θ_i角度对应的各有效像元(x'_a，y'_b)到方程式(4)所述直线的位移d_iab，利用公式(6)所示的激光光斑尺寸与光强二阶矩间关系求取角度θ_i方向上激光光斑尺寸ω_θi，即为θ_i方向上激光光斑尺寸边缘轮廓点P_θi到质心O'的距离；

所述步骤六中θ_i角度对应的有效像元的选取方法为：

当θ_i大于等于0°且小于等于90°或大于270°且小于等于360°时，如附图2所示，取d_iab>0的像元作为有效像元；

当θ_i大于90°且小于等于270°时，如附图3所示，取d_iab<0的像元作为有效像元；

步骤七、利用公式(7)和公式(8)求得θ_i角度方向对应的激光光斑尺寸边缘轮廓点的坐标(x_θi，y_θi)；

x_θi＝ω_θi*cosθi (7)

y_θi＝ω_θi*sinθi (8)

步骤八、重复步骤五至步骤七，求得不同θ_i值对应的激光光斑尺寸边缘轮廓点的坐标(x_θi，y_θi)；

步骤九、依次连接i＝1到i＝n(n为24)所对应的各激光光斑尺寸边缘轮廓点(x_θi，y_θi)，并连线(x_θ1，y_θ1)和(x_θn，y_θn)，从而绘制出一个激光光斑尺寸边缘轮廓线，如附图4所示。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。