CN103439090B - 一种用于子孔径拼接检测的数据采样路径规划方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于子孔径拼接检测的数据采样路径规划方法，属于光学检测技术领域，该方法根据被检光学元件或光学系统口径和检测中的子孔径口径，计算检测所需子孔径个数以及每个子孔径坐标位置，合理安排子孔径采样顺序和运动路径。本发明可以用于子孔径拼接检测技术中，安排子孔径采样顺序和路径，并用于指导拼接时数据处理。

Description

一种用于子孔径拼接检测的数据采样路径规划方法

技术领域

本发明属于光学检测领域，涉及一种用于子孔径拼接检测的数据采样路径规划方法，可用于子孔径拼接检测中对子孔径路径采样规划，并用于指导拼接过程中数据处理。

背景技术

随着技术的发展，光学元件和光学系统口径越来越大，现有检测设备的口径跟不上光学元件和光学系统口径的发展，为了检测大口径光学元件和光学系统波前像质，子孔径拼接检测的方法应运而生，该方法的思想是“以小拼大”，采用小口径的检测设备每次检测大口径光学元件或光学系统部分口径即子孔径区域，所有区域检测完成后进行拼接，完成对大口径光学元件或光学系统的拼接。

子孔径拼接过程中需要相邻子孔径间有重叠区域，并且重叠区域位置应完全对准，当被检的光学元件或光学系统口径较大时，所需子孔径数目较多，对子孔径数据准确提取就存在一定难度，在检测前对子孔径路径进行准确规划，不仅关系到检测装置的结构设计、检测过程顺利的进行，还为拼接数据处理提供指导和理论依据。因此对子孔径采样路径规划十分必要。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对子孔径拼接检测技术，提出一种子孔径采样路径规划方法，保证子孔径拼接检测顺利有效的进行，同时为拼接数据处理提供指导和理论依据。

本发明解决上述技术问题，采取的技术方案是：一种子孔径采样路径规划方法，如图1所示，实现步骤如下：

步骤1：根据被检光学元件或光学系统口径计算其外接圆半径R，定义外接圆口径为全口径；

步骤2：将同一圈相邻子孔径圆心与两子孔径自身交点相连，形成角度为θ如图2所示，输入θ大小，范围在0°～120°之间任意角度值均可；

步骤3：根据θ大小和子孔径半径r，求出同一圈相邻子孔径圆心距离d，如式（7）所示。

$d=2r\sin \frac{\mathrm{\θ}}{2}---\left(7\right)$

步骤4：根据全口径半径R、子孔径半径r以及相邻子孔径圆心距离d，求子孔径采样所需圈数。子孔径圆心在被检光学元件或光学系统外接圆圆心到其边缘的半径上，相邻子孔径间距为d，完全覆盖从圆心到被检光学元件或光学系统边缘所需子孔径个数为子孔径采样所需圈数，可由式（8）求出。

$N=\left\{\begin{array}{c}\mathrm{ceil}(\frac{R-r}{d}+1)\·\·\·\·\·\·\·\·\·\·\·\·r_0=0\\ \mathrm{ceil}(\frac{R-2r-r_0}{d}+1)\·\·\·\·\·\·r_0\≠0\end{array}\right.---\left(8\right)$

式（8）中R为被检光学元件或光学系统外接圆半径R，d为相邻子孔径间距离，r为子孔径半径，当被检光学元件或光学系统有中心遮拦时，r₀为中心遮拦半径，没有中遮拦时r₀为0。ceil(x)表示括号里面数x取不小于x的最小整数。

步骤5：计算每一圈采样所需子孔径个数以及每个子孔径坐标位置。第i圈相邻子孔径圆心与被检光学元件或光学系统外接圆圆心连线夹角为θ₁(i)，第i圈子孔径圆心到被检光学元件或光学系统外接圆圆心距离为r₁(i)。r₁(i)和θ₁(i)可以分别由式（9）和式（10）求出。

$r_1\left(i\right)=\left\{\begin{array}{c}(i-1)d\·\·\·\·\·\·\·\·\·\·\·\·\·\·\·r_0=0\\ r_0+r+(i-1)d\·\·\·\·\·\·r_0\≠0\end{array}\right.---\left(9\right)$

${\mathrm{\θ}}_1\left(i\right)=\left\{\begin{array}{c}0\·\·\·\·\·\·\·\·\·\·\·\·\·\·\·r_1\left(i\right)=0\\ 2a\sin \left(\frac{d}{{2r}_1\left(i\right)}\right)\·\·\·\·\·\·r_1\left(i\right)\≠0\end{array}\right.---\left(10\right)$

第i圈子孔径个数N₁(i)为：

$N_1\left(i\right)=\left\{\begin{array}{c}1\·\·\·\·\·\·\·\·\·\·\·\·\·\·\·\·\·\·\·\·r_1\left(i\right)=0\\ \mathrm{ceil}\left(\frac{2\mathrm{\π}}{{\mathrm{\θ}}_1\left(i\right)}\right)\·\·\·\·\·\·\·\·\·r_1\left(i\right)\≠0\end{array}\right.---\left(11\right)$

第i圈第j个子孔径圆心坐标x_ij，y_ij定义为该子孔径的位置坐标。

$\left\{\begin{array}{c}{x}_{\mathrm{ij}}=r_1\left(i\right)\cos \left[(j-1){\mathrm{\θ}}_1\left(i\right)\right]\\ y_{\mathrm{ij}}=r_1\left(i\right)\sin \left[(j-1){\mathrm{\θ}}_1\left(i\right)\right]\end{array}\right.---\left(12\right)$

步骤6：对步骤5所有子孔径进行编号，对第i圈第j个子孔径编号为i-j。

根据步骤1～6即可完成子孔径采样路径的规划，检测过程中依次对每个子孔径数据进行采样，即可完成对被检光学元件或光学系统的检测。

本发明与现有技术相比优点在于：本发明可用于子孔径拼接检测时子孔径采样路径的规划，提高了检测效率，保证了检测的顺利进行，同时为子孔径拼接检测机械装置设计提供参考和技术支持，为拼接数据处理提供指导和理论依据。

附图说明

图1为本发明方法实现流程图；

图2为具有重叠区域相邻两子孔径示意图；

图3为本发明具体实施方式中两相邻子孔径示意图；

图4为子孔径采样路径规划图。

具体实施方式

结合附图对本发明作进一步说明。

如图2所示，为具有重叠区域的两相邻子孔径示意图，图2中1为全口径示意图，2与3分别为子孔径示意图。

如图3所示，为具体实施方式中相邻两子孔径示意图。

如图4所示，被检光学元件为圆形口径为1000mm，因此其外接圆即为其自身，半径为500mm。如图4为子孔径示意图，孔径口径为600mm，半径为300mm。同一圈相邻子孔径圆心与两子孔径自身交点的夹角设置为90°，根据式（7）相邻子孔径间距d为424.26mm。被检光学元件没有中心遮拦，r₀＝0由式（8）可得子孔径圈数N为2圈。根据式（9）得第一圈子孔径中心与外接圆中心距离r₁(1)＝0，第二圈子孔径中心与外接圆中心距离r₁(2)为424.26mm。根据式（11）可得第一圈子孔径个数为1，其坐标位置为（0，0），并对其编号为1-1如图4所示。第二圈子孔径个数为6个，根据式（12）求各个子孔径位置坐标分别为（424.26，0）、（212，367）、（-212，367）、（-424.26，0）、（-212，-367）、（212，-367），对其编号分别为：2-1、2-2、2-3、2-4、2-5、2-6。求出拼接检测中所需子孔径个数，根据每个子孔径坐标位置坐标对子孔径进行采样，即可完成拼接检测。

本发明未详细阐述的部分属于本领域的公知技术。

Claims (5)

1.一种用于子孔径拼接检测的数据采样路径规划方法，其特征在于实现步骤如下：

步骤1：根据被检光学元件或光学系统口径计算其外接圆半径R，定义外接圆口径为全口径；

步骤2：将同一圈相邻子孔径圆心与两子孔径自身交点相连，形成角度为θ，输入θ大小，范围为0°≤θ≤120°中任意角度值；

步骤3：根据θ大小和子孔径半径r，求出同一圈相邻子孔径圆心距离d；

步骤4：根据全口径半径R、子孔径半径r以及相邻子孔径圆心距离d，求子孔径采样所需圈数；

步骤5：计算每一圈采样所需子孔径个数以及每个子孔径坐标位置；

步骤6：对步骤5所有子孔径进行编号。

2.根据权利要求1所述的用于子孔径拼接检测的数据采样路径规划方法，其特征在于：所述步骤3中同一圈相邻子孔径圆心距离d由式(1)求出，

$d=2rsin\frac{\mathrm{\θ}}{2}---\left(1\right).$

3.根据权利要求1所述的用于子孔径拼接检测的数据采样路径规划方法，其特征在于：所述步骤4中子孔径采样所需圈数由式(2)求出，

$N=\{\begin{array}{c}ceil(\frac{R-r}{d}+1)\mathrm{............}{r}_0=0\\ ceil(\frac{R-2r-r_0}{d}+1)\mathrm{......}{r}_0\≠0\end{array}---\left(2\right)$

式(2)中N子孔径采样所需圈数，R为被检光学元件或光学系统外接圆半径，d为同一圈相邻子孔径圆心距离，r为子孔径半径，当被检光学元件或光学系统有中心遮拦时，r0为中心遮拦半径，没有中遮拦时r₀为0；ceil(x)表示括号里面数x取不小于x的最小整数。

4.根据权利要求1所述的用于子孔径拼接检测的数据采样路径规划方法，其特征在于：所述步骤5中的计算每一圈采样所需子孔径个数以及每个子孔径坐标位置公式为：第i圈相邻子孔径圆心与被检光学元件或光学系统外接圆圆心连线夹角为θ₁(i)，第i圈子孔径圆心到被检光学元件或光学系统外接圆圆心距离为r₁(i)，r₁(i)和θ₁(i)分别由式(3)和式(4)求出，

$r_1\left(i\right)=\{\begin{array}{c}(i-1)d\mathrm{..............}{r}_0=0\\ r_0+r+(i-1)d\mathrm{......}{r}_0\≠0\end{array}---\left(3\right)$

${\mathrm{\θ}}_1\left(i\right)=\{\begin{array}{c}\mathrm{0..............}{r}_1\left(i\right)=0\\ 2\mathrm{arc}sin\left(\frac{d}{2r_1\left(i\right)}\right)\mathrm{......}{r}_1\left(i\right)\≠0\end{array}---\left(4\right)$

第i圈子孔径个数N₁(i)为：

$N_i\left(i\right)=\{\begin{array}{c}\mathrm{1...............}{r}_1\left(i\right)=0\\ ceil\left(\frac{2\mathrm{\π}}{{\mathrm{\θ}}_1\left(i\right)}\right)\mathrm{.........}{r}_1\left(i\right)\≠0\end{array}---\left(5\right)$

第i圈第j个子孔径圆心坐标x_ij，y_ij定义为该子孔径的位置坐标为：

$\{\begin{array}{c}{x}_{ij}=r_1\left(i\right)\cos \[(j-1){\mathrm{\θ}}_1\left(i\right)\]\\ y_{ij}=r_1\left(i\right)\sin \[(j-1){\mathrm{\θ}}_1\left(i\right)\]\end{array}---\left(6\right).$

5.根据权利要求1所述的用于子孔径拼接检测的数据采样路径规划方法，其特征在于：所述步骤6中对第i圈第j个子孔径编号为i-j。