[发明专利]一种基于平面配准的球面子孔径拼接方法

说明书

本发明公开了一种基于平面配准的球面子孔径拼接方法，步骤如下：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；将干涉测量得到的子孔径数据，运用Zernike多项式去除低频信息拟合到平面；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；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；平面环带建立极坐标系，按照极坐标的极径、极角展开，得到矩阵数据；对展开后的矩阵数据进行配准，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；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。本发明完成了球面干涉测量中的球面的全口径显示，为球面元件的高精度全表面检测提供参考依据。

技术领域

本发明属于光学检测领域，具体涉及一种基于平面配准的球面子孔径拼接方法。

背景技术

子孔径拼接技术是一种低成本、高分辨率检测大口径光学元件的有效手段。当被测光学元件尺寸超过干涉仪口径，或者检测面型所产生的干涉条纹密度大于CCD空间分辨率，利用小口径干涉仪每次仅检测整个光学元件的一部分区域(子孔径)，待完成全孔径测量后，在使用适当的算法“拼接”就可以得到全孔径面型信息。

在子孔径拼接干涉测量方法中，机械定位误差会影响重叠区域的对准，导致子孔径间相对调整系数的误差，从而影响拼接精度。目前子孔径拼接的精确定位方法主要通过提高机械运动平台的精度来实现，但这种方法会大大增加检测成本，且很难达到亚像素级的定位精度。其他一些辅助定位方法使得测量变得复杂化，并且会引入相机和标记点本身的误差。以机械平台运动值为基准，再使用算法对机械误差进行补偿优化，该类方法精度较高，且无需辅助措施，得到了广泛的应用。

卢丙辉在《移相衍射干涉法微球型靶丸全表面形貌检测技术研究》一文中，采用基于偏振控制的移相衍射干涉靶丸全表面形貌检测方法，提出基础映射图像匹配的子孔径数据拼接方法，将高度信息映射为灰度信息，生成映射图像，再应用图像处理算法进行匹配，从而大幅降低运算量，提高子孔径数据拼接的处理效率，缩短拼接时间；但是高度信息还需要更好地处理，便于使用图像处理算法进行匹配，完善球面的子孔径拼接。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于平面配准的球面子孔径拼接方法，完成了球面干涉测量中的球面的全口径显示，为球面元件的高精度全表面检测提供参考依据。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于平面配准的球面子孔径拼接方法，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。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：(1)采用图像配准算法，将其应用于子孔径的拼接中，通过计算得到每个子孔径的相对位置，相对于现有技术中采取辅助措施降低测量对机械平台精度的方法，本发明能够避免相机和标记点本身使用引入的误差。