CN110186394B - 平面镜面形检测方法、装置、设备及计算机可读存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种平面镜面形检测方法、装置、设备、系统及计算机可读存储介质。方法包括将待检测平面镜分割为多个离散子孔径，利用瑞奇‑康芒法测量各离散子孔径的面形数据；根据各面形数据及预设的各离散子孔径的形状计算衍射极限下的理想点扩散函数和实际点扩散函数，并结合检测环境的视宁数据计算标准化点源敏感性估计信息，利用估计标准化点源敏感性对各离散子孔径进行全局刚体位移优化，直至满足优化截止条件；基于满足优化截止条件的离散子孔径的面形数据，得到波面泽尔尼克多项式每项对应的特征峰值，并根据目标频段信息确定基底数量，以作为待检测平面镜在目标频段的面形数据，实现了高效率、高精度的大口径平面镜的面形拼接检测。

Description

平面镜面形检测方法、装置、设备及计算机可读存储介质

技术领域

本发明实施例涉及面形检测技术领域，特别是涉及一种平面镜面形检测方法、装置、设备及计算机可读存储介质。

背景技术

传统的大口径望远镜通常使用平面反射镜进行光路的折转与焦点的切换，如8.2m口径的欧洲南方天文台的甚大望远镜(Very Large Telescope，VLT)1.3m×0.8m三镜。随着下一代大口径望远镜系统复杂程度的增加，对折返平面镜的功能需求也相应增加，基于此情况，平面镜的集成检测技术也应该根据不同目标频段做出相应的细化。

举例来说，在4m口径的大天区面积多目标光纤光谱望远镜(Large Sky AreaMulti-Object Fiber Spectroscopic Telescope，LOMOST)中，对角线1.1m的MA六边形平面镜即具有主动面形校正能力，对该平面镜的检测技术，需匹配单镜34个促动器所影响的空间频段；欧洲极大望远镜(Europe-Extremely Large Telescope，E-ELT)口径为42m，其第四镜为一块2.4m的圆镜，不仅可以折转光路，同时还可以通过大约6000个促动器改变镜面形状以校正大气湍流以及风载所带来的像差，其系统功能的验证，也需要匹配相应的波前校正能力。由此可见，针对大口径平面镜的特殊功能要求，为了降低检测成本，做到有针对性的装调，需结合科学目标考察特定空间频段内的面形。

相关技术通常采用平面干涉仪测量平面镜的面形数据，大口径平面镜的面形数据的测量需要利用大口径平面干涉仪，随着平面镜口径的逐渐增大，平面干涉仪的口径也迫切需要相匹配，但是大口径平面干涉仪的费用较高，导致大口径平面镜的面形数据检测成本相对较高。鉴于此，如何在不使用大口径平面干涉仪的基础上，实现大口径平面镜的面形检测，是本领域技术人员需要解决的问题。

发明内容

本公开实施例提供了一种平面镜面形检测方法、装置、设备及计算机可读存储介质，在不使用大口径平面干涉仪的基础上，实现了大口径平面镜的面形拼接检测，还有效地扩宽了大口径平面镜的测量口径，大幅降低了大口径平面镜中频面形的检测成本，提升了检测效率和检测精度。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供以下技术方案：

本发明实施例一方面提供了一种平面镜面形检测方法，包括：

预先将待检测平面镜分割为多个离散子孔径，利用瑞奇-康芒法分别测量各离散子孔径的面形数据；

根据各离散子孔径的面形数据及预设的各离散子孔径的形状计算衍射极限下的理想点扩散函数和实际点扩散函数；

根据所述理想点扩散函数、所述实际点扩散函数和检测环境的视宁数据计算标准化点源敏感性估计信息，以作为目标函数，并利用所述目标函数对各离散子孔径进行全局刚体位移优化，直至满足优化截止条件；

基于满足所述优化截止条件的离散子孔径的面形数据，得到波面泽尔尼克多项式每项对应的特征峰值，并根据目标频段信息确定基底数量，以作为所述待检测平面镜在所述目标频段的面形数据。

可选的，所述待检测平面镜为由多个子离散孔径组拼接构成，每个子离散口径组包括三个互相相切的圆形离散子孔径；

其中，子离散孔径组的个数以及各子离散孔径组中的离散子孔径的位置根据所述目标频段对应的调制传递函数准则和对应的子孔径排列方式优化所得；所述调制传递函数准则为所述待检测平面镜的调制传递函数为由拼接所述待检测平面镜的多个离散子孔径的调制传递函数重构所得。

可选的，所述基于满足所述优化截止条件的离散子孔径的面形数据，得到波面泽尔尼克多项式每项对应的特征峰值，并根据目标频段信息确定基底数量，以作为所述待检测平面镜在所述目标频段的面形数据包括：

基于满足所述优化截止条件的离散子孔径的面形数据，得到在频域上表达的波面泽尔尼克多项式；

根据所述波面泽尔尼克多项式得到每一项对应的特征峰值；

在光瞳内对各特征峰值进行施密特正交化，并进行波前数据拟合；

利用先验统计学信息结合功率谱的方法得出各离散子孔径内气流扰动的目标功率谱；

根据所述目标功率谱判断所述波面泽尔尼克多项式是否覆盖所述目标频段；

若是，则输出所述待检测平面镜在所述目标频段的面形数据；

若否，则为所述波面泽尔尼克多项式自动增加拟合多项式阶数，直至覆盖所述目标频段。

可选的，所述优化截止条件为各离散子孔径的残余倾斜率之和小于预设阈值。

可选的，所述利用所述目标函数对各离散子孔径进行全局刚体位移优化，直至满足优化截止条件之后，还包括：

将满足所述优化截止条件的各离散子孔径的面形数据及标准化点源敏感性信息输入至预先构建的理论验证统计学模型；

若所述理论验证统计学模型输出无效结果，则重新执行全局刚体位移优化。

本发明实施例另一方面提供了一种平面镜面形检测装置，包括：

子孔径面形数据采集模块，用于预先将待检测平面镜分割为多个离散子孔径，利用瑞奇-康芒法分别测量各离散子孔径的面形数据；

扩散函数计算模块，用于根据各离散子孔径的面形数据及预设的各离散子孔径的形状计算衍射极限下的理想点扩散函数和实际点扩散函数；

数据优化模块，用于根据所述理想点扩散函数、所述实际点扩散函数和检测环境的视宁数据计算标准化点源敏感性估计信息，作为目标函数，并利用所述目标函数对各离散子孔径进行全局刚体位移优化，直至满足优化截止条件；

面形数据检测模块，用于基于满足所述优化截止条件的离散子孔径的面形数据，得到波面泽尔尼克多项式每项对应的特征峰值，并根据目标频段信息确定基底数量，以作为所述待检测平面镜在所述目标频段的面形数据。

本发明实施例还提供了一种平面镜面形检测设备，包括处理器，所述处理器用于执行存储器中存储的计算机程序时实现如前任一项所述平面镜面形检测方法的步骤。

本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有平面镜面形检测程序，所述平面镜面形检测程序被处理器执行时实现如前任一项所述平面镜面形检测方法的步骤。

本发明实施例最后还提供了一种平面镜面形检测系统，平面镜承载机构、标准球面反射镜、球面干涉仪及平面镜面形检测处理器；

其中，所述平面镜承载机构用于安装待检测平面镜，所述球面干涉仪的焦点位于所述标准球面反射镜的曲率中心，所述球面干涉仪出射光线经所述待检平面镜反射后入射至所述标准球面反射镜，经所述标准球面反射镜反射后再次经所述待检平面镜反射后，返回所述球面干涉仪焦点；所述待检平面镜的直径大于所述标准球面反射镜的直径；

所述平面镜面形检测处理器用于执行存储器中存储的计算机程序时实现如上任一项所述平面镜面形检测方法的步骤。

可选的，所述平面镜承载机构包括机械转台；所述待检测平面镜安装在所述机械转台上；所述机械转台用于带动所述待检测平面镜在光轴水平方向和/或光轴竖直进行移动。

本申请提供的技术方案的优点在于，基于离散子孔径的检测方法，将瑞奇-康芒法作为测量各离散子孔径面形数据的实现手段，结合傅里叶光学的相关理论，对整个镜面的归一化的点源敏感性进行估计，将PSSn作为检测过程中的误差分析工具以及检测效果评价指标。在不使用大口径平面干涉仪的前提下，实现大口径平面镜的拼接检测；在测量各离散子孔径的面形数据充分利用已有的设备，提高大口径平面镜检测的经济性；离散孔径可以通过减少检测时的所引入的子孔径二阶误差(离焦与像散)降低拼接结果与真实值之间的差异；通过合理布置检测光路，瑞奇-康芒法不仅可实现更大范围的动态测量，还可在被测平面镜工作状态下完成检测，减少中间环节对测量精度的影响，提升检测精度。离散孔径与瑞奇-康芒法的结合可以有效地扩宽了大口径平面镜的测量口径、大幅降低大口径平面镜中频面形的检测成本，提升效率、检测精度以及扩宽检测的应用场景，有利于推进平面镜系统与望远镜的精度对接，促进了大口径平面镜系统工程的发展。

此外，本发明实施例还针对平面镜面形检测方法提供了相应的实现装置、设备、系统及计算机可读存储介质，进一步使得所述方法更具有实用性，所述装置、设备及计算机可读存储介质具有相应的优点。

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，并不能限制本公开。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或相关技术的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种平面镜面形检测方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的另一种平面镜面形检测方法的流程示意图；

图3为本发明实施例提供的再一种平面镜面形检测方法的流程示意图；

图4为本发明实施例提供的平面镜面形检测装置的一种具体实施方式结构图；

图5为本发明实施例提供的平面镜面形检测装置的另一种具体实施方式结构图；

图6为本发明实施例提供的平面镜面形检测系统的一种具体实施方式结构图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述特定的顺序。此外术语“包括”和“具有”以及他们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可包括没有列出的步骤或单元。

在介绍了本发明实施例的技术方案后，下面详细的说明本申请的各种非限制性实施方式。

首先参见图1，图1为本发明实施例提供的一种平面镜面形检测方法的流程示意图，本发明实施例可包括以下内容：

S101：预先将待检测平面镜分割为多个离散子孔径，利用瑞奇-康芒法分别测量各离散子孔径的面形数据。

在本申请中，将待检测平面镜划分为多个离散子孔径，基于离散子孔径测量方法进行波前信息探测。离散子孔径测量方法为通过搭建小孔径标准平面反射镜阵列替代单块大口径平面标准反射镜的自准直光路，利用干涉法实现对巨型光学元件或系统的波前检测。然后可根据目标频段优化离散子孔径的数量与位置。离散子孔径排列方式可包括环形，三臂、Golay型以及复合型。在大口径平面镜制造加工安装调试的过程中，产生影响的为平面镜的中频面形成分，为了精确覆盖所关心的空间频率范围，需要对离散子孔径尺寸、数量与排列方式进行综合考虑。当离散子孔径排列布局最优时，离散子孔径拼接检测重构出的全口径波前，可以根据目标频段，设计光学传递函数，并反推覆盖区域。

可以理解的是，瑞奇-康芒法为一种平面镜的检测方法，通过标准球面镜所形成的会聚光路，避免了大口径平面干涉仪的使用，在相同的成本预算下，可以实现更大范围的动态测量。不仅如此，通过合理布置检测光路，瑞奇-康芒法还可在被测平面镜工作状态下完成检测，减少中间环节对测量精度的影响。针对某一个离散子孔径，可以结合瑞奇-康芒检测光路的空间布置，实现对目标区域频段的全覆盖。

还需要说明的是，瑞奇-康芒法检测中，镜面上的投影形状为椭圆形，故可使投影的长轴方向与平面镜面的长轴方向对齐，也就是说，干涉仪出射的光束在离散子孔径上投影的长轴与待检测平面镜的长轴相对齐。利用瑞奇-康芒法测量本身的特性，可以获得符合椭圆镜本身比例的离散孔径分布，可以更好地表征面形信息。

S102：根据各离散子孔径的面形数据及预设的各离散子孔径的形状计算衍射极限下的理想点扩散函数和实际点扩散函数。

本实施例中，在获得各离散子孔径的测量数据且测量误差评价合格后，可根据所需形状将获得数据的不规则边缘进行裁剪，例如可将各离散子孔径的形状裁剪为圆形子孔径。

可以理解的是，基于傅里叶光学的基本理论知识，根据各离散子孔径的面形数据及相应形状计算衍射极限下的理想点扩散函数和实际点扩散函数，具体计算过程可参阅相关技术中记载的内容，此处，便不再赘述。

S103：根据理想点扩散函数、实际点扩散函数和检测环境的视宁数据计算标准化点源敏感性估计信息，以作为目标函数，并利用目标函数对各离散子孔径进行全局刚体位移优化，直至满足优化截止条件。

可以理解的是，当镜面处于检测装调的初期，完全覆盖镜面的子孔径，其检测效率将难以提高。可使用离散孔径对大口径平面镜进行检测，结合傅里叶光学的相关理论，对整个镜面的归一化的点源敏感性进行估计。基于傅里叶光学的基本理论知识，可根据理想点扩散函数、实际点扩散函数可以获得在不同视宁情况下离散孔径测量的标准化点源敏感性估计信息，具体计算过程可参阅相关技术中记载的内容，此处，便不再赘述。

在本实施例中，由于在每一个获得的离散子孔径数据里，都存在机械位移所带来的误差，例如非离面误差以及离面误差，非离面误差为离散子孔径之间的平移与旋转误差；而离面误差指的是垂直于镜面方向的误差。在硬件执行机构的精度有限的前提下，可使用优化迭代的方法，降低刚体位移的影响。因此，基于离散瑞奇-康芒特殊的边界条件，可利用非线性优化进行子孔径刚体位移抑制，可预先设定优化条件，可选的，优化截止条件可为各离散子孔径的残余倾斜率之和小于预设阈值。也就是说，如2所示，在得到标准化点源敏感性估计信息后，将标准化点源敏感性估计信息作为目标函数，可使用任何一种优化算法进行迭代优化各离散子孔径相对刚体位置，对各离散子孔径的斜率进行遍历求和，若残差较大，则重新解算刚体位移，直至满足各离散子孔径的残余倾斜率之和小于预设阈值截止，此时得到对应标准化点源敏感性信息和各离散子孔径的面形数据用于后续波前信息的计算过程。本实施例结合标准化点源敏感性分别对不同类型的误差进行分析，可将误差评价与成像质量直接联系起来，克服单纯使用面形均方根无法全面评估拼接误差的缺点，同时估计不同的采样方式对拼接检测结果的影响，降低对成像影响较小分量的权重，从而更好地明晰检测误差对中频面形获取精度的影响。

S104：基于满足优化截止条件的离散子孔径的面形数据，得到波面泽尔尼克多项式每项对应的特征峰值，并根据目标频段信息确定基底数量，以作为待检测平面镜在目标频段的面形数据。

本实施例中，S103得到各离散子孔径的面形数据后，基于各离散子孔径面形数据可采用模式法进行波前重建，从而得到待检测平面镜在目标频段的面形数据。

在本发明实施例提供的技术方案中，基于离散子孔径的检测方法，将瑞奇-康芒法作为测量各离散子孔径面形数据的实现手段，结合傅里叶光学的相关理论，对整个镜面的归一化的点源敏感性进行估计，将PSSn作为检测过程中的误差分析工具以及检测效果评价指标。在不使用大口径平面干涉仪的前提下，实现大口径平面镜的拼接检测；在测量各离散子孔径的面形数据充分利用已有的设备，提高大口径平面镜检测的经济性；离散孔径可以通过减少检测时的所引入的子孔径二阶误差(离焦与像散)降低拼接结果与真实值之间的差异；通过合理布置检测光路，瑞奇-康芒法不仅可实现更大范围的动态测量，还可在被测平面镜工作状态下完成检测，减少中间环节对测量精度的影响，提升检测精度。离散孔径与瑞奇-康芒法的结合可以有效地扩宽了大口径平面镜的测量口径、大幅降低大口径平面镜中频面形的检测成本，提升效率、检测精度以及扩宽检测的应用场景，有利于推进平面镜系统与望远镜的精度对接，促进了大口径平面镜系统工程的发展。

一种实施方式中，在对中心孔径进行检测，为了避免优化不收敛，待检测平面镜可为由多个子离散孔径组拼接构成，每个子离散口径组包括三个互相相切的圆形离散子孔径。子离散孔径组的个数以及各子离散孔径组中的离散子孔径的位置可根据目标频段对应的调制传递函数准则和对应的子孔径排列方式优化所得；调制传递函数准则为预先设置，可选的，该准则可为待检测平面镜的调制传递函数为由拼接待检测平面镜的多个离散子孔径的调制传递函数重构所得。

在另外一种实施方式中，为了提高探测波前信息的精度和效率，还可以根据目标频段自动选择拟合多项式阶数并进行正确拟合，此处的目标频段可为中频段，请参阅图3所示，可包括下述内容：

基于满足优化截止条件的离散子孔径的面形数据，得到在频域上表达的波面泽尔尼克多项式；根据波面泽尔尼克多项式得到每一项对应的特征峰值；在光瞳内对各特征峰值进行施密特正交化，并进行波前数据拟合；利用先验统计学信息结合功率谱的方法得出各离散子孔径内气流扰动的目标功率谱；根据目标功率谱判断波面泽尔尼克多项式是否覆盖目标频段；若是，则输出待检测平面镜在目标频段的面形数据；若否，则为波面泽尔尼克多项式自动增加拟合多项式阶数，直至覆盖目标频段。

可选的，在另外一种实施方式中，如图2所示，在优化各离散子孔径相对刚体位置结束后，为了验证优化后所得的数据的可信度、合理性或准确度，进一步保证平面镜波前信息的准确度，还可将满足优化截止条件的各离散子孔径的面形数据及标准化点源敏感性信息输入至预先构建的理论验证统计学模型中，若理论验证统计学模型输出为无效结果，则重新计算各离散子孔径的面形数据及标准化点源敏感性估计信息，并重新进行全局刚体位移优化；或者可利用S101和S103计算得到的各离散子孔径的面形数据及标准化点源敏感性估计信息重新进行全局刚体位移优化，直至理论验证统计学模型输出结果为有效。

本发明实施例还针对平面镜面形检测方法提供了相应的实现装置，进一步使得所述方法更具有实用性。下面对本发明实施例提供的平面镜面形检测装置进行介绍，下文描述的平面镜面形检测装置与上文描述的平面镜面形检测方法可相互对应参照。

参见图4，图4为本发明实施例提供的平面镜面形检测装置在一种具体实施方式下的结构图，该装置可包括：

子孔径面形数据采集模块401，用于预先将待检测平面镜分割为多个离散子孔径，利用瑞奇-康芒法分别测量各离散子孔径的面形数据。

扩散函数计算模块402，用于根据各离散子孔径的面形数据及预设的各离散子孔径的形状计算衍射极限下的理想点扩散函数和实际点扩散函数。

数据优化模块403，用于根据理想点扩散函数、实际点扩散函数和检测环境的视宁数据计算标准化点源敏感性估计信息，作为目标函数，并利用目标函数对各离散子孔径进行全局刚体位移优化，直至满足优化截止条件。

面形数据检测模块404，用于基于满足优化截止条件的离散子孔径的面形数据，得到波面泽尔尼克多项式每项对应的特征峰值，并根据目标频段信息确定基底数量，以作为待检测平面镜在目标频段的面形数据。

可选的，在本实施例的一些实施方式中，请参阅图5，所述装置例如还可以包括验证模块405，所述验证模块405还可包括：

输入子模块，用于将满足优化截止条件的各离散子孔径的面形数据及标准化点源敏感性信息输入至预先构建的理论验证统计学模型；

重新计算判定子模块，用于若理论验证统计学模型输出无效结果，则重新执行全局刚体位移优化。

可选的，在本实施例的另一些实施方式中，所述面形数据检测模块404还可以包括：

多项式表达子模块，用于基于满足优化截止条件的离散子孔径的面形数据，得到在频域上表达的波面泽尔尼克多项式。

特征峰值确定子模块，用于根据波面泽尔尼克多项式得到每一项对应的特征峰值；

数据拟合子模块，用于在光瞳内对各特征峰值进行施密特正交化，并进行波前数据拟合；

功率谱计算子模块，用于利用先验统计学信息结合功率谱的方法得出各离散子孔径内气流扰动的目标功率谱；

判断子模块，用于根据目标功率谱判断波面泽尔尼克多项式是否覆盖目标频段；

拟合阶数自调节子模块，用于若目标功率谱判断波面泽尔尼克多项式没有覆盖目标频段，则为波面泽尔尼克多项式自动增加拟合多项式阶数，直至覆盖目标频段。

面形计算子模块，用于若目标功率谱判断波面泽尔尼克多项式覆盖目标频段，则输出待检测平面镜在目标频段的面形数据。

本发明实施例所述平面镜面形检测装置的各功能模块的功能可根据上述方法实施例中的方法具体实现，其具体实现过程可以参照上述方法实施例的相关描述，此处不再赘述。

由上可知，本发明实施例实现了在不使用大口径平面干涉仪的基础上，对大口径平面镜的面形拼接检测，还有效扩宽了大口径平面镜的测量口径，大幅降低了大口径平面镜中频面形的检测成本，提升了检测效率和检测精度。

本发明实施例还提供了一种平面镜面形检测设备，具体可包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行计算机程序以实现如上任意一实施例所述平面镜面形检测方法的步骤。

本发明实施例所述平面镜面形检测设备的各功能模块的功能可根据上述方法实施例中的方法具体实现，其具体实现过程可以参照上述方法实施例的相关描述，此处不再赘述。

由上可知，本发明实施例实现了在不使用大口径平面干涉仪的基础上，对大口径平面镜的面形拼接检测，还有效扩宽了大口径平面镜的测量口径，大幅降低了大口径平面镜中频面形的检测成本，提升了检测效率和检测精度。

本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，存储有平面镜面形检测程序，所述平面镜面形检测程序被处理器执行时如上任意一实施例所述平面镜面形检测方法的步骤。

本发明实施例所述计算机可读存储介质的各功能模块的功能可根据上述方法实施例中的方法具体实现，其具体实现过程可以参照上述方法实施例的相关描述，此处不再赘述。

由上可知，本发明实施例实现了在不使用大口径平面干涉仪的基础上，对大口径平面镜的面形拼接检测，还有效扩宽了大口径平面镜的测量口径，大幅降低了大口径平面镜中频面形的检测成本，提升了检测效率和检测精度。

本发明实施例还提供了一种平面镜面形检测系统，参见图6，该实施例可包括下述内容：

平面镜面形检测系统可包括平面镜承载机构61、标准球面反射镜62、球面干涉仪63及平面镜面形检测处理器64。

其中，平面镜承载机构61可用于安装待检测平面镜，球面干涉仪63的焦点位于标准球面反射镜62的曲率中心，球面干涉仪63出射光线经待检平面镜反射后入射至标准球面反射镜62，经标准球面反射镜62反射后再次经待检平面镜反射后，返回球面干涉仪63焦点；待检平面镜的直径大于标准球面反射镜62的直径。平面镜面形检测处理器64用于执行存储器中存储的计算机程序时实现如上任一项平面镜面形检测方法实施例中的步骤。

可选的，平面镜承载机构61可包括机械转台；待检测平面镜安装在机械转台上；机械转台用于带动待检测平面镜在光轴水平方向和/或光轴竖直进行移动。机械转台可为任何一种可实现上述功能的机械装置或电动机械装置，本申请对此不做任何限定。通过设置机械转台，可实现大口径平面镜在光轴水平或竖直姿态下的面形检测。

本发明实施例所述平面镜面形检测系统的各功能模块的功能可根据上述方法实施例中的方法具体实现，其具体实现过程可以参照上述方法实施例的相关描述，此处不再赘述。

由上可知，本发明实施例实现了在不使用大口径平面干涉仪的基础上，对大口径平面镜的面形拼接检测，还有效扩宽了大口径平面镜的测量口径，大幅降低了大口径平面镜中频面形的检测成本，提升了检测效率和检测精度。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

以上对本发明所提供的一种平面镜面形检测方法、装置、设备及计算机可读存储介质进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种平面镜面形检测方法，其特征在于，包括：

预先将待检测平面镜分割为多个离散子孔径，利用瑞奇-康芒法分别测量各离散子孔径的面形数据；

根据各离散子孔径的面形数据及预设的各离散子孔径的形状计算衍射极限下的理想点扩散函数和实际点扩散函数；

根据所述理想点扩散函数、所述实际点扩散函数和检测环境的视宁数据计算标准化点源敏感性估计信息，以作为目标函数，并利用所述目标函数对各离散子孔径进行全局刚体位移优化，直至满足优化截止条件；

基于满足所述优化截止条件的离散子孔径的面形数据，得到波面泽尔尼克多项式每项对应的特征峰值，并根据目标频段信息确定基底数量，以作为所述待检测平面镜在所述目标频段的面形数据；

其中，所述基于满足所述优化截止条件的离散子孔径的面形数据，得到波面泽尔尼克多项式每项对应的特征峰值，并根据目标频段信息确定基底数量，以作为所述待检测平面镜在所述目标频段的面形数据包括：

基于满足所述优化截止条件的离散子孔径的面形数据，得到在频域上表达的波面泽尔尼克多项式；

根据所述波面泽尔尼克多项式得到每一项对应的特征峰值；

在光瞳内对各特征峰值进行施密特正交化，并进行波前数据拟合；

利用先验统计学信息结合功率谱的方法得出各离散子孔径内气流扰动的目标功率谱；

根据所述目标功率谱判断所述波面泽尔尼克多项式是否覆盖所述目标频段；

若是，则输出所述待检测平面镜在所述目标频段的面形数据；

若否，则为所述波面泽尔尼克多项式自动增加拟合多项式阶数，直至覆盖所述目标频段。

2.根据权利要求1所述的平面镜面形检测方法，其特征在于，所述待检测平面镜为由多个子离散孔径组拼接构成，每个子离散口径组包括三个互相相切的圆形离散子孔径；

其中，子离散孔径组的个数以及各子离散孔径组中的离散子孔径的位置根据所述目标频段对应的调制传递函数准则和对应的子孔径排列方式优化所得；所述调制传递函数准则为所述待检测平面镜的调制传递函数为由拼接所述待检测平面镜的多个离散子孔径的调制传递函数重构所得。

3.根据权利要求1或2所述的平面镜面形检测方法，其特征在于，所述优化截止条件为各离散子孔径的残余倾斜率之和小于预设阈值。

4.根据权利要求3所述的平面镜面形检测方法，其特征在于，所述利用所述目标函数对各离散子孔径进行全局刚体位移优化，直至满足优化截止条件之后，还包括：

将满足所述优化截止条件的各离散子孔径的面形数据及标准化点源敏感性信息输入至预先构建的理论验证统计学模型；

若所述理论验证统计学模型输出无效结果，则重新执行全局刚体位移优化。

5.一种平面镜面形检测装置，其特征在于，包括：

子孔径面形数据采集模块，用于预先将待检测平面镜分割为多个离散子孔径，利用瑞奇-康芒法分别测量各离散子孔径的面形数据；

扩散函数计算模块，用于根据各离散子孔径的面形数据及预设的各离散子孔径的形状计算衍射极限下的理想点扩散函数和实际点扩散函数；

数据优化模块，用于根据所述理想点扩散函数、所述实际点扩散函数和检测环境的视宁数据计算标准化点源敏感性估计信息，作为目标函数，并利用所述目标函数对各离散子孔径进行全局刚体位移优化，直至满足优化截止条件；

面形数据检测模块，用于基于满足所述优化截止条件的离散子孔径的面形数据，得到波面泽尔尼克多项式每项对应的特征峰值，并根据目标频段信息确定基底数量，以作为所述待检测平面镜在所述目标频段的面形数据；

所述面形数据检测模块具体用于基于满足所述优化截止条件的离散子孔径的面形数据，得到在频域上表达的波面泽尔尼克多项式；根据所述波面泽尔尼克多项式得到每一项对应的特征峰值；在光瞳内对各特征峰值进行施密特正交化，并进行波前数据拟合；利用先验统计学信息结合功率谱的方法得出各离散子孔径内气流扰动的目标功率谱；根据所述目标功率谱判断所述波面泽尔尼克多项式是否覆盖所述目标频段；若是，则输出所述待检测平面镜在所述目标频段的面形数据；若否，则为所述波面泽尔尼克多项式自动增加拟合多项式阶数，直至覆盖所述目标频段。

6.一种平面镜面形检测设备，其特征在于，包括处理器，所述处理器用于执行存储器中存储的计算机程序时实现如权利要求1至4任一项所述平面镜面形检测方法的步骤。

7.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有平面镜面形检测程序，所述平面镜面形检测程序被处理器执行时实现如权利要求1至4任一项所述平面镜面形检测方法的步骤。

8.一种平面镜面形检测系统，其特征在于，包括平面镜承载机构、标准球面反射镜、球面干涉仪及平面镜面形检测处理器；

其中，所述平面镜承载机构用于安装待检测平面镜，所述球面干涉仪的焦点位于所述标准球面反射镜的曲率中心，所述球面干涉仪出射光线经所述待检平面镜反射后入射至所述标准球面反射镜，经所述标准球面反射镜反射后再次经所述待检平面镜反射后，返回所述球面干涉仪焦点；

所述待检平面镜的直径大于所述标准球面反射镜的直径；

所述平面镜面形检测处理器用于执行存储器中存储的计算机程序时实现如权利要求1至4任一项所述平面镜面形检测方法的步骤。

9.根据权利要求8所述的平面镜面形检测系统，其特征在于，所述平面镜承载机构包括机械转台；

所述待检测平面镜安装在所述机械转台上；所述机械转台用于带动所述待检测平面镜在光轴水平方向和/或光轴竖直进行移动。

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