CN117346687B - 一种修正干涉仪测量反射镜面形误差数据点的方法及*** - Google Patents
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Abstract
本发明涉及空间望远镜的技术领域,具体提供一种修正干涉仪测量反射镜面形误差数据点的方法及***,其中,方法包括:通过干涉仪软件中获取cvg格式面形数据,进行数据预处理,并截取有效反射镜面形误差数据矩阵A,继而数据点误差项去除、重构数据点替换边缘数据点及无效数据点识别并替换的技术方案,修正了干涉仪获取的面形数据,提高了光学***数字建模所需的反射镜面形数据的精度,满足了精确地构建数字化空间望远镜光学模型的需求。
Description
技术领域
本发明涉及空间望远镜的技术领域,具体提供一种修正干涉仪测量反射镜面形误差数据点的方法及***。
背景技术
研制大口径空间望远镜对于探究天文学前沿科学问题具有重要意义。大口径空间望远镜研制过程中,需要构建数字化光机结构模型并通过集成仿真分析的手段全生命周期预测、评估空间望远镜的观测性能。而光学模型构建的准确性为影响空间望远镜性能预测、评估的重要因素。
反射镜面形误差数据是数字化空间望远镜光学模型的重要组成部分之一,通过干涉仪构建自准直光路测量(干涉光路)反射镜面形误差是获取反射镜面形误差数据的重要手段之一。然而,现有技术将干涉仪测量的面形数据加载至光学模型的过程中存在一定的问题:其一,通过干涉仪获取的面形数据中存在部分无效数据点;其二,构建面形检测光路时,所有元件无法同时处于理想位置,导致获取的面形数据存在一定的误差;其三,基于光干涉测量原理,干涉图边缘存在一定的衍射效应,导致边缘数据点失真。因此,现有技术不能精确地得到干涉仪实测反射镜面形数据,不满足精确地构建数字化空间望远镜光学模型的需求。
发明内容
本申请为解决上述问题,提供了一种修正干涉仪测量反射镜面形误差数据点的方法及***。
本申请提供的一种修正干涉仪测量反射镜面形误差数据点的方法,其包括:
通过干涉仪软件中获取cvg格式面形数据,进行数据预处理,并截取有效反射镜面形误差数据矩阵A;
利用中值滤波器对所述数据矩阵A进行处理,得到反射镜面形误差数据矩阵B;
设置阈值T,当某一所述数据矩阵A与所述数据矩阵B的对应数据点的差值大于所述阈值T时,记录所述数据点的空间坐标,被记录所述空间坐标的所述数据点为无效数据点;
选取所述数据矩阵A的数据点,其中反射镜面形误差边缘数据点以及所述无效数据点不选取,进行Zernike多项式拟合;
基于所述Zernike多项式拟合内的拟合系数,减去所述数据矩阵A中由于干涉光路的光学元件装调偏差产生的误差项,得到反射镜面形误差数据矩阵D;
基于所述Zernike多项式拟合内的拟合系数,用多项式拟合反射镜面形误差重构数据点替换所述数据矩阵D中的所述反射镜面形误差边缘数据点,得到反射镜面形误差数据矩阵E;
基于所述Zernike多项式拟合内的拟合系数,将所述空间坐标对应的数据值用函数拟合值进行修正替换,得到最终面形数据矩阵G。
优选的,所述进行数据预处理,包括数据格式变换、数据缩放及单位转换;
所述“截取有效反射镜面形误差数据矩阵A”为从干涉相机靶面中截取有效反射镜面形误差数据矩阵A。
优选的,所述“利用中值滤波器对所述数据矩阵A进行处理,得到反射镜面形误差数据矩阵B”包括:
构建3×3中值滤波器;
所述中值滤波器对模板内的所有数据点进行排列;
获取所述模板内所有排列的数据点的中间值并替换所述模板内黑色数据点的当前值,得到反射镜面形误差数据矩阵B。
优选的,所述“设置阈值T,当某一所述数据矩阵A与所述数据矩阵B的对应数据点的差值大于所述阈值T时,记录所述数据点的空间坐标,被记录所述空间坐标的所述数据点为无效数据点”包括:
根据所述数据矩阵A的峰谷差值设置阈值T;
获取滤波前的所述数据矩阵A与滤波后的所述数据矩阵B中各个对应数据点的差值;
若一数据点的所述差值大于所述阈值T,则记录所述数据点的位置坐标;
保存所有所述差值大于所述阈值T的数据点的坐标,被记录所述空间坐标的所述数据点为无效数据点。
优选的,所述“选取所述数据矩阵A的数据点,其中反射镜面形误差边缘数据点以及所述无效数据点不选取,进行Zernike多项式拟合”包括:
选取所述数据矩阵A的数据点进行Zernike多项式拟合,其中反射镜面形误差边缘数据点以及所述无效数据点不选取;
构建拟合方程(1):
(1)
方程(1)式中,代表Zernike表达式在坐标/>处的基底值,/>为Zernike系数,与/>项数一致,共/>项。
优选的,所述“基于所述Zernike多项式拟合内的拟合系数,减去所述数据矩阵A中由于干涉光路的光学元件装调偏差产生的误差项,得到反射镜面形误差数据矩阵D”包括:
通过所述方程(1)求取的拟合系数结合在Fringe Zernike系数中表征为第1项、第2项、第3项和第4项获得误差项;
所述数据矩阵A减去所述误差项,得到反射镜面形误差数据矩阵D,具体方程(2)为:
(2)
所述方程(2)式中,(j = 1到4)为全口径Zernike基底,/>(j=1到4)为所述Zernike多项式拟合的平移、倾斜和离焦项。
优选的,所述“基于所述Zernike多项式拟合内的拟合系数,用多项式拟合反射镜面形误差重构数据点替换所述数据矩阵D中的所述边反射镜面形误差边缘数据点,得到反射镜面形误差数据矩阵E”包括:
基于所述Zernike多项式拟合内的拟合系数,计算反射镜面形误差重构数据点,计算方程(3)为:
(3)
所述方程(3)式中,为反射镜面形误差重构数据点,/>为第/>项Zernike基底在坐标/>处的基底值;所述反射镜面形误差重构数据点数量由阈值W确定;当反射镜面形误差数据点在某一圈均存在/>大于W时,则所述圈中的任意数据点/>均被/>替换,全部替换完毕,得到反射镜面形误差数据矩阵/>。
优选的,所述“基于所述Zernike多项式拟合内的拟合系数,将所述空间坐标对应的数据值用函数拟合值进行修正替换,得到最终面形误据矩阵G”包括:
根据所述无效数据点的位置坐标,通过方程(3),计算以所述无效数据点为中心的所述模板中各坐标位置处的拟合值/>;
从所述数据矩阵中读取与所述模板中相对应的数据点值/>,其中,/>为1到8;
当所述模板内存在n个无效数据点时,所述模板的有效数据点将为个;
方程(4)代表所述无效数据点的替换值为:
(4)
得到用于大口径空间望远镜光学***数字建模的反射镜面形数据矩阵。
本发明还提供了一种修正干涉仪测量反射镜面形误差数据点的***,包括:
获取单元,通过干涉仪软件中获取cvg格式面形数据,进行数据预处理,并截取有效反射镜面形误差数据矩阵A;
第一处理单元,利用中值滤波器对所述数据矩阵A进行处理,得到的反射镜面形误差数据矩阵B;
记录单元,设置阈值T,当某一所述数据矩阵A与所述数据矩阵B的对应数据点的差值大于所述阈值T时,记录所述数据点的空间坐标,被记录所述空间坐标的所述数据点为无效数据点;
第二处理单元,选取所述数据矩阵A的数据点,其中反射镜面形误差边缘数据点以及所述无效数据点不选取,进行Zernike多项式拟合;
第三处理单元,基于所述Zernike多项式拟合内的拟合系数,减去所述数据矩阵A中由于干涉光路的光学元件装调偏差产生的误差项,得到反射镜面形误差数据矩阵D;
第四处理单元,基于所述Zernike多项式拟合内的拟合系数,用多项式拟合反射镜面形误差重构数据点替换所述数据矩阵D中的所述反射镜面形误差边缘数据点,得到反射镜面形误差数据矩阵E;
第五处理单元,基于所述Zernike多项式拟合内的拟合系数,将所述空间坐标对应的数据值用函数拟合值进行修正替换,得到最终实测面形误差数据矩阵G。
与现有技术相比,本申请能够取得如下有益效果:本申请提出了一种修正干涉仪测量反射镜面形误差数据点的方法及***,通过干涉仪软件中获取cvg格式面形数据,进行数据预处理,并截取有效反射镜面形误差数据矩阵A,继而通过数据点误差项去除、重构数据点替换边缘数据点及无效数据点识别并替换的技术方案,修正了干涉仪获取的面形数据,提高了光学***数字建模所需的反射镜面形数据的精度,满足了精确地构建数字化空间望远镜光学模型的需求。
附图说明
图1是根据本发明实施例1提供的一种修正干涉仪测量反射镜面形误差数据点的方法流程图;
图2是根据本发明实施例1提供的有效反射镜面形数据截取图;
图3是根据本发明实施例1提供的中值滤波器模板示意图;
图4是根据本发明实施例1提供的滤波前后对用数据点作差示意图;
图5是根据本发明实施例1提供的以无效数据点为中心的模板示意图;
图6是根据本发明实施例1提供当模板内除中心外还存在1个无效数据点时的模板示意图;
图7是根据本发明实施例2提供的一种修正干涉仪测量反射镜面形误差数据点的***的单元模块连接示意图。
其中的附图标记包括:
1-干涉仪相机靶面;2-干涉仪相机靶面数据点;3-反射镜表面对应有效数据区域;4-面形矢高数据点;5-滤波后的面形矢高数据点;
100-一种修正干涉仪测量反射镜面形误差数据点的***;
10-获取单元;20-第一处理单元;30-记录单元;40-第二处理单元;50-第三处理单元;60-第四处理单元;70-第五处理单元。
具体实施方式
在下文中,将参考附图描述本发明的实施例。在下面的描述中,相同的模块使用相同的附图标记表示。在相同的附图标记的情况下,它们的名称和功能也相同。因此,将不重复其详细描述。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及具体实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,而不构成对本发明的限制。
实施例1;
一种修正干涉仪测量反射镜面形误差数据点的方法,如图1所示,其包括:
S1、通过干涉仪软件中获取cvg格式面形数据,进行数据预处理,并截取有效反射镜面形误差数据矩阵A;
S2、利用中值滤波器对所述数据矩阵A进行处理,得到反射镜面形误差数据矩阵B;
S3、设置阈值T,当某一所述数据矩阵A与所述数据矩阵B的对应数据点的差值大于所述阈值T时,记录所述数据点的空间坐标,被记录所述空间坐标的所述数据点为无效数据点;
S4、选取所述数据矩阵A的数据点,其中反射镜面形误差边缘数据点以及所述无效数据点不选取,进行Zernike多项式拟合;
S5、基于所述Zernike多项式拟合内的拟合系数,减去所述数据矩阵A中由于干涉光路的光学元件装调偏差产生的误差项,得到反射镜面形误差数据矩阵D;
S6、基于所述Zernike多项式拟合内的拟合系数,用多项式拟合反射镜面形误差重构数据点替换所述数据矩阵D中的所述反射镜面形误差边缘数据点,得到反射镜面形误差数据矩阵E;
S7、基于所述Zernike多项式拟合内的拟合系数,将所述空间坐标对应的数据值用函数拟合值进行修正替换,得到最终面形数据矩阵G。
上述,当前部分干涉仪软件具有数据转换功能,能够将面形数据格式转换为符合光学设计软件要求的格式。此外,反射镜加工完成后,反射镜表面残留的面形误差呈现的状态是连续的,面形数据点中无突变点(无效数据点)。中值滤波器是一种非线性平滑技术,能够识别并替换反射镜面形误差数据点中的突变点;通过Zernike多项式拟合可以将离散的面形误差数据点用连续函数进行表征,并通过函数值对部分数据点进行合理修正。
也即是,通过干涉仪软件获取cvg格式的面形数据,然后截取有效的反射镜面形误差数据矩阵A。选取数据矩阵A中的不包括边缘数据点及无效数据点的所有数据点,进行Zernike多项式拟合,可以理解的是,该Zernike多项式拟合系数为本实施例的标准拟合系数。
进一步地,基于上述的Zernike多项式拟合内的拟合系数,减去(去除掉)原数据矩阵A中的误差项,得到数据矩阵D。同样基于Zernike多项式拟合系数,用重构的数据点替换掉原数据矩阵D中的边缘数据点,得到数据矩阵E,降低了衍射产生的误差。
利用中值滤波器对数据矩阵A进行处理,得到数据矩阵B,当某一所述数据矩阵A与所述数据矩阵B的对应数据点的差值大于所述阈值T时,记录所述数据点的空间坐标,其中m>p,n>q,其中m、n、p和q均为正整数。
同样基于所述Zernike多项式拟合内的拟合系数,将上述的无效数据点的空间坐标对应的数据值用函数拟合值进行修正替换,得到最终矫正过的面形数据矩阵G。
需要进一步说明的是,数据矩阵A、B、D、E、G为m*n矩阵,本实施例提出一种修正干涉仪测量反射镜面形误差数据点的方法,通过数据点误差去除、边缘数据点重构及无效数据点识别替换的手段,修正干涉仪获取的面形误差数据,提高光学***数字建模所需反射镜面形误差参量的精度。
在本实施例中,所述“从干涉仪软件中获取cvg格式面形数据,进行数据预处理,并截取有效反射镜面形误差数据矩阵A”中的“进行数据预处理”,包括数据格式变换、数据缩放及单位转换;
所述“截取有效反射镜面形误差数据矩阵A”为从干涉相机靶面中截取有效反射镜面形误差数据矩阵A,也即是,如图2所示,截取的是干涉仪相机靶面上有效数据点(黑点)外切矩形数据矩阵。具体地,附图标记1为干涉仪相机靶面;附图标记2,即浅色圆点为干涉仪相机靶面数据点,且为需要去除的无效数据点;附图标记3为反射镜表面对应有效数据区域(以圆形为例);附图标记4,即深色圆点为面形矢高数据点。
上述,如果被测反射镜表面为非球面,且采用CGH(Computer GeneratedHolograms)光路检测面形误差,则“进行数据预处理”还包括校正投影畸变。
在本实施例中,所述“利用中值滤波器对所述数据矩阵A进行处理,得到反射镜面形误差数据矩阵B”包括:
构建3×3中值滤波器;
所述中值滤波器对模板内的所有数据点进行排列;
获取所述模板内所有排列的数据点的中间值并替换所述模板内黑色数据点的当前值,得到反射镜面形误差数据矩阵B。
上述,如图3所示,中值滤波器模板(浅黑色为被替代数据点)。即利用滤波器对反射镜面形误差数据进行非线性平滑处理。
在本实施例中,所述“设置阈值T,当某一所述数据矩阵A与所述数据矩阵B的对应数据点的差值大于所述阈值T时,记录所述数据点的空间坐标,被记录所述空间坐标的所述数据点为无效数据点”包括:
根据所述数据矩阵A的峰谷差值设置阈值T;
上述,阈值T可以数据矩阵A内的峰谷差值的几倍,调整的目的为保证有效数据点不被替换。如图4所示,滤波前后对用数据点作差,需要说明的是,附图标记3为原干涉仪相机靶面上的反射镜表面对应有效数据区域,即数据矩阵A,附图标记5为滤波后的面形矢高数据点,即对数据矩阵A滤波后形成的数据矩阵B。数据矩阵A与数据矩阵B各个数据一一对应,为滤波前后的两个值。
值得进一步说明的是,附图标记3及附图标记5的圆形内的深色的点是有效数据点,但矩形内的浅颜色“无效数据点”需要保留,成一个方形矩阵,即分别对应数据矩阵A及数据矩阵B。
获取滤波前的所述数据矩阵A与滤波后的所述数据矩阵B中各个对应数据点的差值;
例如,若A-B/>>T,则保留该/>的空间坐标。
若一数据点的所述差值大于所述阈值T,则记录所述数据点的位置坐标;
保存所有所述差值大于所述阈值T的数据点的坐标,被记录所述空间坐标的所述数据点为无效数据点。
在本实施例中,所述“选取所述数据矩阵A的数据点,其中反射镜面形误差边缘数据点以及所述无效数据点不选取,进行Zernike多项式拟合”包括:
选取所述数据矩阵A的数据点进行Zernike多项式拟合,其中反射镜面形误差边缘数据点以及所述无效数据点不选取;
构建拟合方程(1):
(1)
方程(1)式中,代表Zernike表达式在坐标/>处的基底值,/>为Zernike系数,与/>项数一致,共/>项。
在本实施例中,所述“基于所述Zernike多项式拟合内的拟合系数,减去所述数据矩阵A中由于干涉光路的光学元件装调偏差产生的误差项,得到反射镜面形误差数据矩阵D”包括:
通过所述方程(1)求取的拟合系数结合在Fringe Zernike系数中表征为第1项、第2项、第3项和第4项获得误差项;
所述数据矩阵A减去所述误差项,得到反射镜面形误差数据矩阵D,具体方程为:
(2)
方程(2)式中,(j=1到4)为全口径Zernike基底,/>(j=1到4)为所述Zernike多项式拟合的平移、倾斜和离焦项。
上述,干涉仪检测光路存在装调误差时,反射镜面形误差将存在平移、倾斜和离焦像差成分,即通过Zernike系数表征为平移、倾斜及离焦获取误差项。因此,在获取到误差项后,在数据矩阵A中减去获取到的误差项,得到反射镜面形误差数据矩阵D。为二维数据矩阵A中的一个数据点。
在本实施例中,所述“基于所述Zernike多项式拟合内的拟合系数,用多项式拟合反射镜面形误差重构数据点替换所述数据矩阵D中的所述边反射镜面形误差边缘数据点,得到反射镜面形误差数据矩阵E”包括:
基于所述Zernike多项式拟合内的拟合系数,计算反射镜面形误差重构数据点,计算方程(3)为:
(3)
方程(3)式中,为反射镜面形误差重构数据点,/>为第/>项Zernike基底在坐标/>处的基底值;所述反射镜面形误差重构数据点数量由阈值W确定;当反射镜面形误差数据点在某一圈均存在/>大于W时,则所述圈中的任意数据点/>均被替换,全部替换完毕,得到反射镜面形误差数据矩阵/>。值得说明的是,公式(3)从第五项开始计算,同上平移、倾斜以及离焦项需要去除。
在本实施例中,所述“基于所述Zernike多项式拟合内的拟合系数,将所述空间坐标对应的数据值用函数拟合值进行修正替换,得到最终面形误据矩阵G”包括:
根据所述无效数据点的位置坐标,通过方程(3),计算以所述无效数据点为中心的所述模板中各坐标位置处的拟合值/>;如图5所示,以无效数据点为中心的模板。
从所述数据矩阵中读取与所述模板中相对应的数据点值/>(/>:数据矩阵/>中以坐标为/>的无效数据点为中心的一圈数据点),其中,/>为1到8(除去中间点);
当所述模板内存在n个(n小于8)无效数据点时,所述模板的有效数据点将为个;其中,j为最大值等于8的正整数,n为小于等于j的正整数。请再次参阅图5,图5表示当j=8,n=0时,只有中间空白方框为无效数据点,深色方框为非无效数据点。如图6所示,当j=8,n=1时,深色方框为非无效数据点,除中间空白方框为无效数据点以外,还有一个空白方框的无效数据点。
方程(4)代表所述无效数据点的替换值为:
(4)
也即是,空间坐标对应的数据值(/>)被函数拟合值/>替换。
因此,在反射镜面形误差数据矩阵E的基础上,基于所述Zernike多项式拟合内的拟合系数,将空间坐标对应的数据值用函数拟合值进行修正替换,最终得到用于大口径空间望远镜光学***数字建模的反射镜面形数据矩阵/>。
实施例2
如图7所示,本发明还提供了一种修正干涉仪测量反射镜面形误差数据点的***100,包括:
获取单元10,通过干涉仪软件中获取cvg格式面形数据,进行数据预处理,并截取有效反射镜面形误差数据矩阵A;
第一处理单元20,利用中值滤波器对所述数据矩阵A进行处理,得到的反射镜面形误差数据矩阵B;
记录单元30,设置阈值T,当某一所述数据矩阵A与所述数据矩阵B的对应数据点的差值大于所述阈值T时,记录所述数据点的空间坐标,被记录所述空间坐标的所述数据点为无效数据点;
第二处理单元40,选取所述数据矩阵A的数据点,其中反射镜面形误差边缘数据点以及所述无效数据点不选取,进行Zernike多项式拟合;
第三处理单元50,基于所述Zernike多项式拟合内的拟合系数,减去所述数据矩阵A中由于干涉光路的光学元件装调偏差产生的误差项,得到反射镜面形误差数据矩阵D;
第四处理单元60,基于所述Zernike多项式拟合内的拟合系数,用多项式拟合反射镜面形误差重构数据点替换所述数据矩阵D中的所述反射镜面形误差边缘数据点,得到反射镜面形误差数据矩阵E;
第五处理单元70,基于所述Zernike多项式拟合内的拟合系数,将所述空间坐标对应的数据值用函数拟合值进行修正替换,得到最终实测面形误差数据矩阵G。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例,可以理解的是,上述实施例是示例性的,不能理解为对本发明的限制。本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
以上本发明的具体实施方式,并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形,均应包含在本发明权利要求的保护范围内。
Claims (9)
1.一种修正干涉仪测量反射镜面形误差数据点的方法,其特征在于,包括:
通过干涉仪软件中获取cvg格式面形数据,进行数据预处理,并截取有效反射镜面形误差数据矩阵A;
利用中值滤波器对所述数据矩阵A进行处理,得到反射镜面形误差数据矩阵B;
设置阈值T,当某一所述数据矩阵A与所述数据矩阵B的对应数据点的差值大于所述阈值T时,记录所述数据点的空间坐标,被记录所述空间坐标的所述数据点为无效数据点;
选取所述数据矩阵A的数据点,其中反射镜面形误差边缘数据点以及所述无效数据点不选取,进行Zernike多项式拟合;
基于所述Zernike多项式拟合内的拟合系数,减去所述数据矩阵A中由于干涉光路的光学元件装调偏差产生的误差项,得到反射镜面形误差数据矩阵D;
基于所述Zernike多项式拟合内的拟合系数,用多项式拟合反射镜面形误差重构数据点替换所述数据矩阵D中的所述反射镜面形误差边缘数据点,得到反射镜面形误差数据矩阵E;
基于所述Zernike多项式拟合内的拟合系数,将所述空间坐标对应的数据值用函数拟合值进行修正替换,得到最终面形数据矩阵G。
2.根据权利要求1所述的修正干涉仪测量反射镜面形误差数据点的方法,其特征在于,所述数据预处理,包括数据格式变换、数据缩放及单位转换;
所述截取有效反射镜面形误差数据矩阵A为从干涉相机靶面中截取有效反射镜面形误差数据矩阵A。
3.根据权利要求1所述的修正干涉仪测量反射镜面形误差数据点的方法,其特征在于,所述利用中值滤波器对所述数据矩阵A进行处理,得到反射镜面形误差数据矩阵B包括:
构建3×3中值滤波器;
所述中值滤波器对模板内的所有数据点进行排列;
获取所述模板内所有排列的数据点的中间值并替换所述模板内黑色数据点的当前值,得到反射镜面形误差数据矩阵B。
4.根据权利要求3所述的修正干涉仪测量反射镜面形误差数据点的方法,其特征在于,所述设置阈值T,当某一所述数据矩阵A与所述数据矩阵B的对应数据点的差值大于所述阈值T时,记录所述数据点的空间坐标,被记录所述空间坐标的所述数据点为无效数据点包括:
根据所述数据矩阵A的峰谷差值设置所述阈值T;
获取滤波前的所述数据矩阵A与滤波后的所述数据矩阵B中各个对应数据点的差值;
若一数据点的所述差值大于所述阈值T,则记录所述数据点的位置坐标;
保存所有所述差值大于所述阈值T的数据点的坐标,被记录所述空间坐标的所述数据点为无效数据点。
5.根据权利要求4所述的修正干涉仪测量反射镜面形误差数据点的方法,其特征在于,所述选取所述数据矩阵A的数据点,其中反射镜面形误差边缘数据点以及所述无效数据点不选取,进行Zernike多项式拟合包括:
选取所述数据矩阵A的数据点进行Zernike多项式拟合,其中反射镜面形误差边缘数据点以及所述无效数据点不选取;
构建拟合方程(1):
(1)
方程(1)中,代表Zernike表达式在坐标/>处的基底值,/>为Zernike系数,/>与/>项数一致,共/>项。
6.根据权利要求5所述的修正干涉仪测量反射镜面形误差数据点的方法,其特征在于,所述基于所述Zernike多项式拟合内的拟合系数,减去所述数据矩阵A中由于干涉光路的光学元件装调偏差产生的误差项,得到反射镜面形误差数据矩阵D包括:
通过所述方程(1)求取的拟合系数结合在FringeZernike系数中表征为第1项、第2项、第3项和第4项获得误差项;
所述数据矩阵A减去所述误差项,得到反射镜面形误差数据矩阵D,具体方程(2)为:
(2)
所述方程(2)式中,的j=1到4为全口径Zernike基底,/>的j=1到4为所述Zernike多项式拟合的平移、倾斜和离焦项。
7.根据权利要求6所述的修正干涉仪测量反射镜面形误差数据点的方法,其特征在于,所述基于所述Zernike多项式拟合内的拟合系数,用多项式拟合反射镜面形误差重构数据点替换所述数据矩阵D中的边反射镜面形误差边缘数据点,得到反射镜面形误差数据矩阵E包括:
基于所述Zernike多项式拟合内的拟合系数,计算反射镜面形误差重构数据点,计算方程(3)为:
(3)
所述方程(3)式中,为反射镜面形误差重构数据点,/>为第/>项Zernike基底在坐标/>处的基底值;所述反射镜面形误差重构数据点数量由阈值W确定;当反射镜面形误差数据点在某一圈均存在/>大于W时,则所述圈中的任意数据点/>均被替换,全部替换完毕,得到反射镜面形误差数据矩阵/>。
8.根据权利要求7所述的修正干涉仪测量反射镜面形误差数据点的方法,其特征在于,所述基于所述Zernike多项式拟合内的拟合系数,将所述空间坐标对应的数据值用函数拟合值进行修正替换,得到最终面形误据矩阵G包括:
根据所述无效数据点的位置坐标,通过方程(3),计算以所述无效数据点为中心的所述模板中各坐标位置处的拟合值/>;
从所述数据矩阵中读取与所述模板中相对应的数据点值/>,其中,/>为1到8;
当所述模板内存在n个无效数据点时,所述模板的有效数据点将为个;
方程(4)代表所述无效数据点的替换值为:
(4)
得到用于大口径空间望远镜光学***数字建模的反射镜面形数据矩阵。
9.一种修正干涉仪测量反射镜面形误差数据点的***,其特征在于,包括:
获取单元,通过干涉仪软件中获取cvg格式面形数据,进行数据预处理,并截取有效反射镜面形误差数据矩阵A;
第一处理单元,利用中值滤波器对所述数据矩阵A进行处理,得到的反射镜面形误差数据矩阵B;
记录单元,设置阈值T,当某一所述数据矩阵A与所述数据矩阵B的对应数据点的差值大于所述阈值T时,记录所述数据点的空间坐标,被记录所述空间坐标的所述数据点为无效数据点;
第二处理单元,选取所述数据矩阵A的数据点,其中反射镜面形误差边缘数据点以及所述无效数据点不选取,进行Zernike多项式拟合;
第三处理单元,基于所述Zernike多项式拟合内的拟合系数,减去所述数据矩阵A中由于干涉光路的光学元件装调偏差产生的误差项,得到反射镜面形误差数据矩阵D;
第四处理单元,基于所述Zernike多项式拟合内的拟合系数,用多项式拟合反射镜面形误差重构数据点替换所述数据矩阵D中的所述反射镜面形误差边缘数据点,得到反射镜面形误差数据矩阵E;
第五处理单元,基于所述Zernike多项式拟合内的拟合系数,将所述空间坐标对应的数据值用函数拟合值进行修正替换,得到最终实测面形误差数据矩阵G。
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