球面面形拼接方法及系统

本申请涉及光学检测，尤其是涉及一种球面面形拼接方法及系统。

背景技术：

1、球面光学元件是各类成像系统与精密光学系统中的元件，广泛应用于相机镜头、显微物镜、激光准直系统、光刻投影物镜以及大口径天文望远镜等设备。球面面形拼接技术将全口径划分为若干彼此重叠的子区域，分区域采用干涉仪进行子孔径测量，再通过拼接算法将所有子孔径数据融合为完整的全口径面形。

2、在相关技术中，球面子孔径拼接在将子孔径数据映射到平面网格或经纬度网格进行全局坐标表达与重叠区识别时，会因球面到平面投影引发几何畸变与数据密度压缩、或经纬度网格格点间距各向异性，导致重叠区数据缺失、重叠点识别错误及不同离轴位置插值精度不一致，使拼接得到的全口径面形偏离真实面形、面形拼接精度下降。

3、需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本申请的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

技术实现思路

1、本申请提供了一种球面面形拼接方法及系统，能够避免投影畸变与网格点各向异性，最终拼接得到的全口径面形与真实面形相吻合，有效提高球面面形拼接精度。

2、为解决上述技术问题，本申请提供以下技术方案：

3、本申请一方面提供了一种球面面形拼接方法，包括：

4、根据待测球面的几何规格参数，在待测球面上生成覆盖待测球面表面的一组网格点，得到全局球面网格；

5、获取所述待测球面的多个相互重叠的子孔径的面形测量数据；

6、根据各子孔径的名义空间位姿与干涉仪成像投影关系，将各子孔径的相位测量数据映射至所述全局球面网格的各网格点上，得到各网格点处的面形数据；

7、在所述全局球面网格上，将被多个子孔径共同覆盖的网格点确定为重叠点；

8、基于覆盖同一重叠点的各子孔径，在扣除各自失调像差后于相应重叠点处的相位值相等的关系，确定各子孔径的失调像差系数；

9、根据所述失调像差系数扣除各子孔径的失调像差，并将扣除失调像差后的各子孔径对应在全局球面网格的面形数据进行拼接，得到所述待测球面的全口径球面面形数据。

10、本申请另一方面提供了一种球面面形拼接系统，包括：

11、干涉仪，用于采集待测球面各子孔径的面形测量数据；

12、运动机构，连接所述干涉仪或所述待测球面，用于调整所述干涉仪与所述待测球面之间的相对位置；

13、处理器，与所述干涉仪连接，用于接收各子孔径的面形测量数据，并执行计算机程序时实现上述球面面形拼接方法。

14、本申请提供的技术方案的优点在于，通过在待测球面上直接生成覆盖其表面的全局球面网格，并将各子孔径相位测量数据依据干涉仪成像投影关系映射至该球面网格的各网格点上，使得各子孔径数据的全局坐标表达、重叠区域识别与拼接方程构建均在覆盖球面三维表面的网格上完成，不引入球面到平面的投影环节，从而消除大离轴角子孔径在平面投影下产生的几何畸变与数据密度压缩；由于在全局球面网格上将被多个子孔径共同覆盖的网格点确定为重叠点，并基于覆盖同一重叠点的各子孔径在扣除各自失调像差后相位值相等的关系确定各子孔径的失调像差系数，使得重叠点的识别避免因平面投影畸变引入的空间对应偏差，从而减少因重叠点识别错误导致的位姿求解误差与失调像差求解误差；进一步地，由于根据求解得到的失调像差系数扣除各子孔径的失调像差，并将扣除失调像差后的各子孔径在全局球面网格上的面形数据进行拼接，使得各子孔径数据在统一的三维球面坐标基准下直接融合，所得到的全口径球面面形数据中因坐标基准失真与失调像差残留引入的拼接误差得到抑制，从而使球面面形拼接精度得到提高。此外，本申请还针对球面面形拼接提供了相应的实现系统，进一步使得方法更具有实用性，该系统具有相应的优点。

15、上面已提及的技术特征、下面将要提及的技术特征以及单独地在附图中显示的技术特征可以任意地相互组合，只要被组合的技术特征不是相互矛盾的。所有的可行的特征组合都是在本申请中明确地记载的技术内容。在同一个语句中包含的多个分特征之中的任一个分特征可以独立地被应用，而不必一定与其他分特征一起被应用。

16、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本申请。

1.一种球面面形拼接方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的球面面形拼接方法，其特征在于，将各子孔径的相位测量数据映射至所述全局球面网格的各网格点上，包括：

3.根据权利要求2所述的球面面形拼接方法，其特征在于，确定各有效像素点对应的球面物理点在当前子孔径局部坐标系下的局部方向向量，包括：

4.根据权利要求1所述的球面面形拼接方法，其特征在于，在待测球面上生成覆盖待测球面表面的一组网格点，包括：

5.根据权利要求1至4任一项所述的球面面形拼接方法，其特征在于，将各子孔径的相位测量数据映射至所述全局球面网格的各网格点上之后，在确定各子孔径的失调像差系数之前，还包括：

6.根据权利要求1至4任一项所述的球面面形拼接方法，其特征在于，将各子孔径的相位测量数据映射至所述全局球面网格的各网格点上之后，在确定各子孔径的失调像差系数之前，还包括：

7.根据权利要求1至4任一项所述的球面面形拼接方法，其特征在于，确定各子孔径的失调像差系数，包括：

8.根据权利要求7所述的球面面形拼接方法，其特征在于，为各子孔径建立修正失调像差关系式，包括：

9.根据权利要求1至4任一项所述的球面面形拼接方法，其特征在于，将扣除失调像差后的各子孔径对应在全局球面网格的面形数据进行拼接，包括：

10.一种球面面形拼接系统，其特征在于，包括：