针对机器视觉检测光学镜片表面疵病时，在单一的照明环境下疵病图像对比度低，检测方法疵病识别率低等问题，提出了一种双光源下光学镜片表面疵病视觉检测方法。根据散射成像原理，在前照光和背照光两种不同的照明方式下，使用图像传感器得到含有疵病的被测光学镜片图像；再将多幅图像通过图像融合算法融合为一幅图像；最后，利用识别算法获得光学镜片表面的疵病尺寸信息。对两种不同的疵病（划痕、麻点）进行检测，将本系统的测试结果与ZYGO干涉仪的处理结果进行对比，结果表明，所提方法测量的麻点误差不超过2.7%，划痕误差不超过0.8%，检测效率比干涉仪提高了98.24%，缩短了检测时间。与单一照明环境下的检测方法和人工检测相比，所提方法对疵病的识别准确率与精度更高。

球面光学元件由于其光学结构的影响, 采用机器视觉的方法对其表面疵病进行检测时, 无法将被测面都成像在一个像平面上并且在成像的过程中丢失了疵病的三维信息, 造成了检测的误差。为了解决这些问题, 提出了一种机器视觉与三维重构相结合的检测方法。首先, 根据球面光学元件的特性设计了图像采集平台, 以获得高质量的疵病图像。然后, 通过图像处理算法对疵病图像进行预处理与疵病识别。最后, 基于计算机视觉图像重构技术与球心投影技术, 对疵病图像进行三维重构。实验表明, 该方法提升了机器视觉对球面光学元件表面疵病检测的精度, 可达99%, 具有可行性和研究价值。

为了研究精密光学元件表面微弱疵病的散射特性, 基于矢量散射理论和双向反射分布函数, 建立了光学表面微弱疵病的散射理论模型。通过仿真计算了双向反射分布函数随散射角的变化情况, 分析了入射角度、入射光波长以及疵病自身尺寸等因素对疵病散射光特性的影响。基于仿真数据分析, 针对光源参数对散射特性的影响进行仿真分析, 为使用暗场成像法进行精密表面疵病检测的系统参数选择提供理论参考, 疵病检测入射角范围为30°~50°最佳; 在可见光范围内时, 380~500 nm的波长范围更有利于疵病检测。另外还通过研究疵病尺寸发生改变时散射场变化的规律, 为分辨疵病的形状大小等信息提供了参考依据。

基于积分散射检测的原理设计了一种多波长疵病检测系统，选用了635 nm、525 nm及405 nm三种光源，以光电倍增管作为光电探测器，待测样品是两个刻有标准尺寸疵病的高透石英玻璃片，其中一个的宽度和深度均为20 μm，另一个均为25 μm，光源的功率分别为50 mW、80 mW。实验结果表明，405 nm所对应的散射率数值明显最高，即405 nm的光源疵病检测能力更强。该研究对于小尺寸疵病的检测及获取疵病的深度信息，具有很好的借鉴意义。

镜头内部光学元件存在气泡、杂质和划痕等疵病，会严重影响安防镜头光学系统的成像性能。提出了一种新型安防镜头内部镜片疵病的检测方法。在暗场环境下，分别利用背光灯和环形灯对待测镜头进行照射，再使用物方远心镜头成像到高分辨率CMOS探测器，正面拍摄获取待测镜头的疵病图像。测试结果表明，该系统测量安防镜头疵病准确率为98%，对于工业安防镜头的自动化检测及光学仪器的检测具有一定的指导作用。

应用于激光陀螺的高反镜在加工安装过程中不可避免地会引入疵病,从而对入射光产生调制作用,引发光散射。为了研究划痕状疵病尺寸发生变化时散射场的变化规律,采用有限元法和多物理场仿真软件建立了高反镜表面截面形状为矩形的单划痕疵病散射模型。通过改变疵病的宽度、深度,分析激光散射场的空间分布变化;用搭建的积分散射测量系统检测不同宽度、深度的疵病,并与仿真结果进行对比。实验结果表明,不同尺寸疵病的散射场变化趋势与仿真结果基本吻合,为高反镜表面疵病的检测工作提供了理论依据和参考。

红外探测器光学元件表面疵病、污染可能会降低系统的探测性能。杜瓦中窗片、滤光片表面存在不同程度的麻点、划痕，采用光学仿真软件LightTools计算分析光学元件表面不同疵病等级情况下的光学参数，引入杂散辐射系数和信杂比的概念对杜瓦光学特性进行评估，合理判断光学元件的表面疵病容限。同时仿真分析滤光片位置造成的表面疵病对杜瓦光学特性的影响。结果表明：随着窗片、滤光片表面疵病等级增加，接收像面非均匀性增加、信号强度减弱，且在相同疵病等级情况下，滤光片与芯片距离越近，疵病对杜瓦光学特性影响越大，因此在杜瓦设计时必须严格控制光学元件表面疵病容限，并合理设置滤光片封装位置。

以正方形激光陀螺所用高反射镜疵病检测为例，分析了使用激光光源照明时，微米量级划痕形疵病存在检测盲区的现象。实际使用中激光以 45°角入射到高反射镜上，疵病检测与陀螺使用时光源入射角相同，疵病形成的散射光通过显微成像光路成像在 CCD上，结合实验数据探讨了宽度为微米量级划痕形疵病的成像情况。提出了一种新颖的激光照明方式，通过将光源设计成 180°范围内无死角的全光幕照明方式克服了单一激光光源照明的检测盲区，无需旋转样品多次采集图像，避免了运动控制产生的测量误差，从而也简化了图像处理步骤，提高了检测效率和精度。

高反镜通常用于激光陀螺、高能激光系统等**领域，在加工过程中不可避免地引入表面疵病，会破坏高反射膜系甚至基底，严重影响其性能。目前高反射镜表面较为复杂的疵病依然是研究的重点。针对疵病的光散射特性，结合有限元（FEM)对截面为三角形的连续重复型划痕疵病建立电磁仿真模型，研究高斯光束入射时不同尺寸疵病的积分散射光强变化和不同位置处探测空间散射分布的区别，得到疵病散射光强曲线，能够反映出疵病尺寸变化与积分散射分布的关系以及空间散射最佳探测位置。研究结果对高反射镜表面疵病无损探测方法的研究具有一定的理论指导价值。