[发明专利]一种基于平面配准的球面子孔径拼接方法

权利要求书

1.一种基于平面配准的球面子孔径拼接方法，其特征在于，方法步骤如下：

步骤1、在球面上沿着纬度，每隔一定经度，呈环带规划子孔径拼接路径；

步骤2、按照子孔径拼接路径，对每个环带进行干涉测量，分别得到每个环带的所有子孔径数据，运用Zernike多项式去除低频信息拟合到平面；

步骤3、对平面上的每个子孔径数据运用Fourier Mellin图像配准，得到同一环带相邻子孔径在平面内的旋转量和平移量；

步骤4、将同一环带内子孔径依次拼接，在平面内排布，产生二维环带数据；

步骤5、根据二维环带数据建立极坐标系，按照极坐标的极径、极角展开，得到矩阵数据；

步骤6、对矩阵数据进行配准，所有环带和封顶子孔径都在同一平面拼接，得到全口径平面数据；

步骤7、将全口径平面数据转换到球坐标系，形成完整三维球面数据。

2.根据权利要求1所述的基于平面配准的球面子孔径拼接方法，其特征在于，步骤1中，在球面上沿着纬度，每隔一定经度，呈环带规划子孔径拼接路径，即测量时的子孔径扫描轨迹是沿着纬线，单条纬线采集完毕后继续下一条纬线的子孔径采集，各个纬线环带内的子孔径存在重合部分，纬线环带间也存在重合部分，所有子孔径能覆盖全口径的球面。

3.根据权利要求1所述的基于平面配准的球面子孔径拼接方法，其特征在于，步骤2中，按照子孔径拼接路径，对每个环带进行干涉测量，分别得到每个环带的所有子孔径数据，运用Zernike多项式去除低频信息拟合到平面，具体如下：按照子孔径拼接路径，对每个环带进行干涉测量，分别得到每个环带的所有子孔径数据，即条纹数据，对条纹数据进行移相算法，得到相位，相位展开后，使用Zernike多项式拟合法，去除子孔径的低阶波面，只保留高频信息，得到包含缺陷信息的平面。

4.根据权利要求1所述的基于平面配准的球面子孔径拼接方法，其特征在于，步骤3中，通过Fourier Mellin图像配准，得到相邻子孔径在平面的相对旋转角度Δθ，相对位移Δx和Δy，根据机械精度，对得到的Δθ、Δx和Δy进行误差分析，剔除误差较大的数据并按照平均值修正。

5.根据权利要求1所述的基于平面配准的球面子孔径拼接方法，其特征在于，步骤4中，对同一环带的子孔径进行拼接，以一个子孔径为基准，其相邻的后一子孔径依次按照旋转位移量拼接；环带所有子孔径在平面上呈圆弧排布；最后的子孔径再与第一个子孔径配准拼接，使得环带两端都是同一孔径，在平面上完成闭环，得到二维环带数据。

6.根据权利要求1所述的基于平面配准的球面子孔径拼接方法，其特征在于，步骤5中，根据二维环带数据，取平面环带内各个子孔径的中心坐标，拟合出所有坐标的圆心，以拟合的圆心为极点，极点到第一个子孔径中心为极轴建立极坐标系，得到数据点(ρ_极，θ_极)，以ρ_极为纵坐标、θ_极为横坐标，ρ_极、θ_极均匀分布，将所有数据点重新排布到平面矩形内，得到矩阵数据。

7.根据权利要求1所述的基于平面配准的球面子孔径拼接方法，其特征在于，步骤6，根据展开后的平面环带图，即θ坐标矩阵，运用相位相关技术进行环带间配准，得到环带间的位移量Δθ，即为球坐标系上环带间的偏移；在平面上将相邻环带的θ坐标数据拼接，相邻环带依次按照此方法在同一平面拼接，封顶子孔径也按照相同步骤展开、配准、拼接，最终完成平面全口径数据。

8.根据权利要求1所述的基于平面配准的球面子孔径拼接方法，其特征在于，步骤7中，对于二维环带数据，将以(ρ_极，θ_极)为坐标的矩阵，横纵坐标改为球坐标系中的对应关系如下：

设极坐标系各个子孔径中心点组成的弧线l_k，则该弧线在球坐标系的角θ_k球

其他各点对应关系

式中ρ_k为极坐标系内中心弧线对应的极径，球半径r＝l_k/tan(θ_max)，θ_max为闭环最后的子孔径中心极角；

对于全口径平面数据，按照对应的比例关系，将矩形数据横纵坐标改为坐标，使θ在0～2π均匀分布，变为球坐标；

将转换坐标后的数据加上球半径r，得到面型起伏R，建立球坐标系，代入各点球坐标形成三维球面全口径数据。