CN116385547A - 一种天文望远镜主镜面共相检测方法、系统及计算机设备 - Google Patents

一种天文望远镜主镜面共相检测方法、系统及计算机设备 Download PDF

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CN116385547A CN202310648176.7A CN202310648176A CN116385547A CN 116385547 A CN116385547 A CN 116385547A CN 202310648176 A CN202310648176 A CN 202310648176A CN 116385547 A CN116385547 A CN 116385547A
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Abstract

本发明涉及光学镜面共相检测技术领域，解决了子镜之间的动态拼接状态易受环境影响而出现姿态微变现象的技术问题，尤其涉及一种天文望远镜主镜面共相检测方法、系统及计算机设备，该方法包括以下步骤：S1、获取主镜面在若干个子镜共相状态下的点云数据Q，并对点云数据Q进行滤波处理。本发明能够对子镜之间动态拼接的姿态微变进行实时检测，并能够直接定位至子镜出现姿态变化的具体位置，随后可校正系统控制位移促动器做运动补偿，使出现姿态微变的子镜能够根据共相标准进行快速调整自身的姿态，避免子镜之间出现连续的微小起伏现象，从而保证光学镜面的共相状态。

Description

一种天文望远镜主镜面共相检测方法、系统及计算机设备
技术领域
本发明涉及光学镜面共相检测技术领域，尤其涉及一种天文望远镜主镜面共相检测方法、系统及计算机设备。
背景技术
在天文望远镜中，对于大口径的光学镜面而言，主要是通过校正若干个子镜的位置实现主镜面的面形保持，其原理是：将大的光学主镜面分割成小的光学子镜面，每个子镜的背面安装有位移促动器从而实现三个自由度运动，即子镜沿自身法线的前后移动piston，子镜沿自身平面内两个轴的旋转tip、tilt，由于光学镜面受到重力和环境温度变化等因素所引起的像质衰减，根据光学镜面控制要求，需要通过位移促动器调整每一个子镜的位姿，使所有子镜的镜面形成一个连续的大镜面。
在现有技术中，如图1所示的KECK天文望远镜光学镜面空间排布，每块子镜的背面都有3个位移促动器，用于调节子镜的倾斜和前后移动从而校正子镜的拼接误差，每个子镜背面的位移促动器分布在正三角形的三个顶点，子镜拼接的每条拼缝上装有两个边缘传感器，子镜的位置发生变化时，边缘传感器与边缘传感器参考值的差值不再是零。根据边缘传感器的差值，由控制矩阵解算出所有的位移促动器应有的移动量，再由校正系统控制位移促动器做补偿运动，使光学镜面保持共相。
然而，在校正系统控制位移促动器做补偿运动，使光学镜面保持共相之后，由于子镜的姿态在外界环境中容易受到不同程度的影响，例如重力、温度、机械震动和风载都会对子镜原先的姿态造成改变，在多个子镜之间同步出现姿态微变时，此时的多个子镜之间处于连续的微小起伏状态，此时边缘传感器之间的差值仍旧为零，而该部分子镜与剩余子镜之间的相对状态则已发生变化，光学镜面此时的状态则处于不共相状态，从而引起子镜之间的动态拼接误差，并且不能实现高分辨力合成孔径成像目的。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种天文望远镜主镜面共相检测方法、系统及计算机设备，解决了子镜之间的动态拼接状态易受环境影响而出现姿态微变现象的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：一种天文望远镜主镜面共相检测方法，该方法包括以下步骤：
S1、获取主镜面在若干个子镜共相状态下的点云数据Q，并对点云数据Q进行滤波处理；
S2、根据点云数据Q拟合出主镜面在共相状态下的若干第一条曲线，并根据若干条第一曲线构建标准曲线网格；
S3、获取待检测主镜面在任意时段下的点云数据P，并对点云数据P进行滤波处理；
S4、根据点云数据P拟合出待检测主镜面的若干条第二曲线，并根据若干条第二曲线构建实际曲线网格；
S5、判断与实际曲线网格中若干第二曲线相对应的第一曲线是否出现波动；
若是，则第二曲线上的子镜出现位姿变化，随后进入步骤S6；
若否，则结束并返回步骤S3；
S6、根据第二曲线上的波动定位出现位姿变化的子镜在实际曲线网格中的所在位置。
进一步地，在步骤S2中，具体过程包括以下步骤：
S21、确定共相状态下主镜面的中心坐标，并将中心坐标所在的子镜设为原点；
S22、以原点为起点，采用最小二乘法沿若干个子镜之间所在的对接缝进行曲线拟合得到第一曲线；
S23、以二维坐标系的X、Y轴方向分别联立若干个第一曲线构成标准曲线网格，并对标准曲线网格进行编号。
进一步地，在步骤S21中，具体过程包括以下步骤：
S211、建立二维坐标系，并将点云数据Q投影到二维平面得到主镜面的平面点云
Figure SMS_1
；
S212、采用alpha shapes算法在平面点云
Figure SMS_2
中提取主镜面外轮廓的边界点，并通过最小二乘法对边界点进行拟合得到主镜面的外轮廓线；
S213、建立外轮廓线的椭圆方程，并计算外轮廓线的均方差和；
S214、根据均方差和求解外轮廓线的中心坐标，即主镜面的中心坐标。
进一步地，在步骤S23中，具体过程包括以下步骤：
S231、以主镜面的中心坐标为原点，并设立以原点为圆心、直径为R的圆O，令中心坐标所在的子镜内切于圆O；
S232、中心坐标所在子镜为中心，以二维坐标系的X、Y轴向分别联立若干第一曲线相交，得到纵横向分布的标准曲线网格；
S233、以圆O的圆心、半径为
Figure SMS_3
依次设立多个圆环，/>
Figure SMS_4
，N为圆环的个数；
S234、对多个圆环进行依次编号，且以顺时针方向对任一圆环所覆盖的子镜进行依次编号，编号形式为：
Figure SMS_5
，i表示圆环的编号，n表示在第i个圆环中子镜的数量。
进一步地，在步骤S213中，椭圆方程的表达式为：
Figure SMS_6
上式中，B、C、D、E、F均表示椭圆方程中的参数；
均方差和
Figure SMS_7
的计算公式为：/>
Figure SMS_8
上式中，N为常数，表示椭圆方程的个数，
Figure SMS_9
为外轮廓线的中心坐标。
进一步地，在步骤S5中，判断与实际曲线网格中若干第二曲线相对应的第一曲线是否出现波动，具体过程包括以下步骤：
S51、在若干第一曲线和第二曲线上分别选取交点作为波动点
Figure SMS_10
和波动点/>
Figure SMS_11
；
S52、计算第一曲线上所分布若干波动点
Figure SMS_12
的曲率/>
Figure SMS_13
；
S53、计算第二曲线上所分布若干波动点
Figure SMS_14
的曲率/>
Figure SMS_15
；
S54、判断曲率
Figure SMS_16
相对于曲率/>
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是否出现变化；
若曲率
Figure SMS_18
等于曲率/>
Figure SMS_19
，则第二曲线未出现波动；
若曲率
Figure SMS_20
大于或小于曲率/>
Figure SMS_21
，则第二曲线出现波动。
进一步地，在步骤S52中，波动点
Figure SMS_22
的曲率/>
Figure SMS_23
的计算公式为：
Figure SMS_24
上式中，
Figure SMS_25
为弧/>
Figure SMS_26
的切线夹角，/>
Figure SMS_27
为弧/>
Figure SMS_28
的弧长。
借由上述技术方案，本发明提供了一种天文望远镜主镜面共相检测方法、系统及计算机设备，至少具备以下有益效果：
1、本发明所提供的检测方法能够对子镜之间动态拼接的姿态微变进行实时检测，并能够直接定位至子镜出现姿态变化的具体位置，随后可校正系统控制位移促动器做运动补偿，使出现姿态微变的子镜能够根据共相标准进行快速调整自身的姿态，避免子镜之间出现连续的微小起伏现象，从而保证光学镜面的共相状态。
2、本发明能够消除由边缘传感器差值判断子镜位姿变化所存在的盲区，相对于差值的位姿变化检测依据，该方法能够同步配合使用，对校正系统共相校正后的主镜面再次进行共相检测，以确保所有子镜的拼接始终处于共相状态，从而保证了光学镜面实现高分辨力合成孔径成像能力。
3、本发明能够针对子镜拼接相对姿态出现微变而边缘传感器之间差值仍旧为零时的现象进行共相检测，并且通过构建曲线网格进行前后对比，以曲线的波动对子镜的微小位姿变化进行实时检测，随后以网格单元的编号快速定位至相应的子镜所在位置，不仅能够快速的对共相状态进行检测，同时还能够通过校正系统对位姿变化的子镜及时作出校正调整，从而保证了主镜面的面形保持。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本发明现有技术中KECK天文望远镜光学镜面的空间排布图；
图2为本发明天文望远镜主镜面共相检测方法的流程图；
图3为本发明拟合第一曲线的示意图；
图4为本发明标准曲线网格的示意图；
图5为本发明部分交点在标准曲线网格的分布示意图；
图6为本发明计算波动点曲率的原理示意图；
图7为本发明天文望远镜主镜面共相检测系统的结构框图；
图8为本发明计算机设备的内部结构框图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。借此对本申请如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。
请参照图2-图8，示出了本实施例的一种具体实施方式，本实施例能够针对子镜拼接相对姿态出现微变而边缘传感器之间差值仍旧为零时的现象进行共相检测，并且通过构建曲线网格进行前后对比，以曲线的波动对子镜的微小位姿变化进行实时检测，随后以网格单元的编号快速定位至相应的子镜所在位置，不仅能够快速的对共相状态进行检测，同时还能够通过校正系统对位姿变化的子镜及时作出校正调整，从而保证了主镜面的面形保持。
请参照图2，本实施例提出了一种天文望远镜主镜面共相检测方法，为了清楚且完整的对实现该方法的实施方式进行描述，请参照下述步骤S1至步骤S6所示出的具体方法，详细内容如下所示：
S1、获取主镜面在若干个子镜共相状态下的点云数据Q，并对点云数据Q进行滤波处理，在该步骤中，需要采用三维扫描仪对共相状态下的主镜面进行扫描，此时能够获得主镜面在共相状态下的三维点云数据，为了消除点云数据Q中的噪声点，在本实施例中采用双边滤波方法进行处理，通过取邻近采样点的加权平均来修正当前采样点的位置，既有效地对共相状态下主镜面的表面点云数据Q进行降噪，又可以保持点云数据Q中的几何特征信息，避免点云数据Q被过渡光滑，由于对点云数据的降噪滤波处理可以直接采用现有技术手段，因此在本实施例中不再做过多赘述。
S2、根据点云数据Q拟合出主镜面在共相状态下的若干第一条曲线，并根据若干条第一曲线构建标准曲线网格；
为了清楚且完整的对实现步骤S2的实施方式进行描述，请参照下述步骤S21至步骤S23所示出的方法，具体过程包括以下步骤：
S21、确定共相状态下主镜面的中心坐标，并将中心坐标所在的子镜设为原点；
为了清楚且完整的对实现步骤S21的实施方式进行描述，请参照下述步骤S211至步骤S214所示出的方法步骤，具体过程包括以下步骤：
S211、建立二维坐标系，并将点云数据Q投影到二维平面得到主镜面的平面点云
Figure SMS_29
；
S212、采用alpha shapes算法在平面点云
Figure SMS_30
中提取主镜面外轮廓的边界点，并通过最小二乘法对边界点进行拟合得到主镜面的外轮廓线，alpha shapes算法是一种简单、有效的快速提取边界点算法，其克服了点云边界点形状影响的缺点，可快速准确提取边界点，同时针对圆形或椭圆的边界点提取具有更优的表现，在边界点提取后，直接采用现有技术中的最小二乘法即可完成对外轮廓线的拟合。
S213、建立外轮廓线的椭圆方程，并计算外轮廓线的均方差和；
具体的，建立椭圆方程组需要先对椭圆方程中的参数进行定义，定义如下：
Figure SMS_31
则，椭圆方程的表达式为：
Figure SMS_32
上式中，B、C、D、E、F均表示椭圆方程中的参数。
在建立椭圆方程后即可求解外轮廓线的均方差和，均方差和
Figure SMS_33
的计算公式为：
Figure SMS_34
上式中，N为常数，表示椭圆方程的个数，
Figure SMS_35
为外轮廓线的中心坐标。
S214、根据均方差和求解外轮廓线的中心坐标，即主镜面的中心坐标；
在根据均方差和求解时，首先需要对均方差和
Figure SMS_36
的计算公式中的参数B、C、D、E、F分别取偏导，设导数为零，可以得到五个方程组，随后通过求解这五个方程组即可得到外轮廓线的中心坐标，因此，中心坐标/>
Figure SMS_37
为：
Figure SMS_38
Figure SMS_39
在求解得到外轮廓线的中心坐标后，中心坐标
Figure SMS_40
同样为主镜面的中心坐标。
S22、以原点为起点，采用最小二乘法沿若干个子镜之间所在的对接缝进行曲线拟合得到第一曲线；
如图3所示，由于主镜面是通过若干个正六边形的子镜拼接组合而成，因此在若干个子镜之间存在拼接缝，本实施例通过利用拼接缝进行曲线拟合，此处通过采用alphashapes算法进行拼接缝所在点的提取，然后采用基于曲线拟合的最小二乘法对所有点进行拟合得到与拼接缝相对应的第一曲线，对于第一曲线的拟合采用现有技术手段即可实现，此处不做详细赘述。
S23、以二维坐标系的X、Y轴方向分别联立若干个第一曲线构成标准曲线网格，并对标准曲线网格进行编号。
如图4所示，若干条第一曲线之间纵横交错，由此构成标准曲线网格，由于主镜面是通过若干个正六边形的子镜拼接组合而成，因此在若干个子镜之间存在拼接缝，本实施例通过利用拼接缝对主镜面进行网格划分，使整个主镜面中每一个子镜所在的区域即为标准曲线网格中的基本网格单元，然后以主镜面的中心坐标为原点按顺时针方向依次向外对所有的子镜进行环绕编号，围绕中心坐标所在的子镜第一圈依次进行编号，编号形式为：
Figure SMS_41
，i表示圆环的编号，n表示在第i个圆环中子镜的数量。
为了清楚且完整的对实现步骤S23的实施方式进行描述，请参照下述步骤S231至步骤S234所示出的方法步骤，具体过程包括以下步骤：
S231、以主镜面的中心坐标为原点，并设立以原点为圆心、直径为R的圆O，令中心坐标所在的子镜内切于圆O；
S232、中心坐标所在子镜为中心，以二维坐标系的X、Y轴向分别联立若干第一曲线相交，得到纵横向分布的标准曲线网格；
S233、以圆O的圆心、半径为
Figure SMS_42
依次设立多个圆环，/>
Figure SMS_43
，此时，N的数值即为圆环的个数，当N取值为1时，此时的圆环覆盖环绕中心坐标所在子镜四周的六个子镜，而这六个子镜的中心均位于圆环上，因此在划定环绕的目标区域后，则能够快速的对目标区域内的所有子镜进行编号，而每一圈圆环所覆盖的子镜数量为6的倍数，即N×6，N取值为1时，圆环所覆盖的子镜数量为6个，N取值为2时，圆环所覆盖的子镜数量为12个，以此类推可对所有的子镜进行分区域编号，区域的划分即为设立的圆环。
S234、对多个圆环进行依次编号，且以顺时针方向对任一圆环所覆盖的子镜进行依次编号，编号形式为：
Figure SMS_44
，i表示圆环的编号，n表示在第i个圆环中子镜的数量。
S3、获取待检测主镜面在任意时段下的点云数据P，并对点云数据P进行滤波处理，在该步骤中，对于点云数据P的获取以及滤波处理均与步骤S1相同，不同的是在该步骤中所作用的对象是待检测的主镜面，也可以理解为与步骤S1中的主镜面为同一个对象，不同的是，步骤S1中的主镜面是处于共相状态下的，而本步骤中的待检测主镜面有可能处于共相状态，也可能受到环境因素的影响，例如重力、温度、机械震动和风载都会对子镜原先的姿态造成影响，若干个子镜之间同步出现姿态变化而不共相，因此该步骤主要是对主镜面的共相状态判断进行点云数据的采集，作为与步骤S1的相同实施方式，在此不再详细赘述。
S4、根据点云数据P拟合出待检测主镜面的若干条第二曲线，并根据若干条第二曲线构建实际曲线网格，需要说明的是，步骤S4与步骤S2的原理相同，均是采用相同的方法进行拟合曲线并构建相应的曲线网格，两者之间仅仅是点云数据的区别，因此，为了避免重复性说明，步骤S4的具体实施方法参见步骤S2即可，在此处不再做详细赘述。
S5、判断与实际曲线网格中若干第二曲线相对应的第一曲线是否出现波动；
若是，则第二曲线上的子镜出现位姿变化，随后进入步骤S6；
若否，则结束并返回步骤S3。
为了清楚且完整的对实现步骤S5的实施方式进行描述，请参照下述步骤S51至步骤S54所示出的方法步骤，具体过程包括以下步骤：
S51、在若干第一曲线和第二曲线上分别选取交点作为波动点
Figure SMS_45
和波动点/>
Figure SMS_46
；需要说明的是，在标准曲线网格和实际曲线网格中均设定若干个波动点，标准曲线网格中的波动点/>
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为对比点，而实际曲线网格中的波动点/>
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为实际点，如图5所示，选取交点则是以纵横方向的第一曲线之间的交点，或者为若干第二曲线之间的交点。
S52、计算第一曲线上所分布若干波动点
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的曲率/>
Figure SMS_50
；
请参照图6，对于任意一条第一曲线上的任一波动点
Figure SMS_52
的曲率/>
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计算，可通过曲线曲率的计算公式进行求解，作为常规的现有技术手段，本实施例仅做部分公开，即以图6所示的弧/>
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为例，当波动点/>
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沿第一曲线趋向于，波动点/>
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时，若弧/>
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的平均曲率的极限存在，则称此极限为波动点/>
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的曲率/>
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，曲率/>
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的计算公式为：
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上式中，
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的切线夹角，/>
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为弧/>
Figure SMS_64
的弧长。
S53、计算第二曲线上所分布若干波动点
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的曲率/>
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，对于曲率/>
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的计算方法与步骤S52所示的计算方式相同，具体的计算过程相互参见即可，为了避免重复描述，在此不再详细赘述。
S54、判断曲率
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相对于曲率/>
Figure SMS_69
是否出现变化；
若曲率
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等于曲率/>
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，则第二曲线未出现波动；
若曲率
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大于或小于曲率/>
Figure SMS_73
，则第二曲线出现波动；
在本实施例中，通过在共相状态下设定若干个波动点
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作为对比点，并计算所有波动点/>
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的曲率/>
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，同时对要进行检测的主镜面所对应的实际曲线网格中设定同样的波动点/>
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，并计算所有波动点/>
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的曲率/>
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，随后通过前后曲率的是否变化作为波动的依据，能够直接反映出第二曲线的波动状况，然后根据第二曲线是否出现波动为依据判断相应位置上的子镜是否存在位姿变化，从而能够对小范围位姿变化的子镜进行判断，并且能够精准的识别若干个子镜同步出现姿态微变的现象，进而提高对于子镜位姿变化检测的精确性。
S6、根据第二曲线上的波动定位出现位姿变化的子镜在实际曲线网格中的所在位置。由于在步骤S23中对标准曲线网格进行编号，同样的在步骤S4中所构建的实际曲线网格中同样进行了相同规则下的编号，因此标准曲线网格中每个网格单元的编号与实际曲线网格中的编号一致，如图5和图6所示，在实际曲线网格中任意一条第二曲线上的交点出现曲率改变时，则认为相应的第二曲线出现波动，此时曲率改变的交点所在位置即为相应编号的网格单元，每一个圆环都有相应的编号，且在一个圆环所覆盖的子镜都具有相应的编号，因此在第二曲线出现波动后，能够快速定位到位姿出现变化子镜的所在位置。
因此，本发明所提供的检测方法能够对子镜之间动态拼接的姿态微变进行实时检测，并能够直接定位至子镜出现姿态变化的具体位置，随后可校正系统控制位移促动器做运动补偿，使出现姿态微变的子镜能够根据共相标准进行快速调整自身的姿态，避免子镜之间出现连续的微小起伏现象，从而保证光学镜面的共相状态。
由校正系统根据位移量和倾斜量控制与位姿变化子镜相对应的位移促动器运行，然后根据位移量和倾斜量参数对子镜进行位姿调整，使发生位姿变化的子镜恢复至初始位姿，即在步骤S1中若干子镜面共相状态下的位姿，以此完成对主镜面中所组成子镜位姿的校准检测。
与上述实施例提供的天文望远镜主镜面共相检测方法相对应，本实施例还提供天文望远镜主镜面共相检测方法的系统，由于本实施例提供的天文望远镜主镜面共相检测系统与上述实施例提供的天文望远镜主镜面共相检测方法相对应，因此前述天文望远镜主镜面共相检测方法的实施方式也适用于本实施例提供的天文望远镜主镜面共相检测系统，在本实施例中不再详细描述。
请参阅图7，其所示为本实施例提供的天文望远镜主镜面共相检测系统的结构框图，该天文望远镜主镜面共相检测系统包括，第一获取模块100、标准曲线网格构建模块200、第二获取模块300、实际曲线网格构建模块400、波动判断模块500、定位模块600。
第一获取模块100用于获取主镜面在若干个子镜共相状态下的点云数据Q，并对点云数据Q进行滤波处理；标准曲线网格构建模块200用于根据点云数据Q拟合出主镜面在共相状态下的若干第一条曲线，并根据若干条第一曲线构建标准曲线网格；第二获取模块300用于获取待检测主镜面在任意时段下的点云数据P，并对点云数据P进行滤波处理；实际曲线网格构建模块400用于根据点云数据P拟合出待检测主镜面的若干条第二曲线，并根据若干条第二曲线构建实际曲线网格；波动判断模块500用于判断与实际曲线网格中若干第二曲线相对应的第一曲线是否出现波动；定位模块600用于根据第二曲线上的波动定位出现位姿变化的子镜在实际曲线网格中的所在位置。
本发明能够消除由边缘传感器差值判断子镜位姿变化所存在的盲区，相对于差值的位姿变化检测依据，该方法能够同步配合使用，对校正系统共相校正后的主镜面再次进行共相检测，以确保所有子镜的拼接始终处于共相状态，从而保证了光学镜面实现高分辨力合成孔径成像能力。
需要说明的是，上述实施例提供的系统，在实现其功能时，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将设备的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。另外，上述实施例提供的系统与方法实施例属于同一构思，其具体实现过程详见方法实施例，这里不再赘述。
本实施例还提供了一种计算机设备，图8为本申请一实施例中计算机设备的内部结构框图。如图8所示，该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口、输入装置和显示屏。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。存储器包括存储介质和内存储器。存储介质可以是非易失性存储介质，也可以是易失性存储介质。存储介质存储有操作系统，还可存储有计算机可读指令，该计算机可读指令被处理器执行时，可使得处理器实现电量分配方法。该内存储器为存储介质中的操作系统和计算机可读指令的运行提供环境。该内存储器中也可储存有计算机可读指令，该计算机可读指令被处理器执行时，可使得处理器执行电量分配方法。该计算机设备的网络接口用于与外部服务器通过网络连接通信。计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机可读指令(例如计算机程序)，处理器执行计算机可读指令时实现上述实施例中天文望远镜主镜面共相检测方法的步骤，例如图2所示的步骤S1至步骤S6及该方法的其它扩展和相关步骤的延伸。或者，处理器执行计算机可读指令时实现上述实施例中电量分配系统的各模块/单元的功能，例如图7所示模块100至模块600的功能。为避免重复，这里不再赘述。
上述本申请实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在如上所述的一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述的方法。
以上实施方式对本发明进行了详细介绍，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；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种天文望远镜主镜面共相检测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
S1、获取主镜面在若干个子镜共相状态下的点云数据Q，并对点云数据Q进行滤波处理；
S2、根据点云数据Q拟合出主镜面在共相状态下的若干第一条曲线，并根据若干条第一曲线构建标准曲线网格；
S3、获取待检测主镜面在任意时段下的点云数据P，并对点云数据P进行滤波处理；
S4、根据点云数据P拟合出待检测主镜面的若干条第二曲线，并根据若干条第二曲线构建实际曲线网格；
S5、判断与实际曲线网格中若干第二曲线相对应的第一曲线是否出现波动；
若是，则第二曲线上的子镜出现位姿变化，随后进入步骤S6；
若否，则结束并返回步骤S3；
S6、根据第二曲线上的波动定位出现位姿变化的子镜在实际曲线网格中的所在位置。
2.根据权利要求1所述的天文望远镜主镜面共相检测方法，其特征在于，在步骤S2中，具体过程包括以下步骤：
S21、确定共相状态下主镜面的中心坐标，并将中心坐标所在的子镜设为原点；
S22、以原点为起点，采用最小二乘法沿若干个子镜之间所在的对接缝进行曲线拟合得到第一曲线；
S23、以二维坐标系的X、Y轴方向分别联立若干个第一曲线构成标准曲线网格，并对标准曲线网格进行编号。
3.根据权利要求2所述的天文望远镜主镜面共相检测方法，其特征在于，在步骤S21中，具体过程包括以下步骤：
S211、建立二维坐标系，并将点云数据Q投影到二维平面得到主镜面的平面点云
Figure QLYQS_1
；
S212、采用alpha shapes算法在平面点云
Figure QLYQS_2
中提取主镜面外轮廓的边界点，并通过最小二乘法对边界点进行拟合得到主镜面的外轮廓线；
S213、建立外轮廓线的椭圆方程，并计算外轮廓线的均方差和；
S214、根据均方差和求解外轮廓线的中心坐标，即主镜面的中心坐标。
4.根据权利要求2所述的天文望远镜主镜面共相检测方法，其特征在于，在步骤S23中，具体过程包括以下步骤：
S231、以主镜面的中心坐标为原点，并设立以原点为圆心、直径为R的圆O，令中心坐标所在的子镜内切于圆O；
S232、中心坐标所在子镜为中心，以二维坐标系的X、Y轴向分别联立若干第一曲线相交，得到纵横向分布的标准曲线网格；
S233、以圆O的圆心、半径为
Figure QLYQS_3
依次设立多个圆环，/>
Figure QLYQS_4
，N为圆环的个数；
S234、对多个圆环进行依次编号，且以顺时针方向对任一圆环所覆盖的子镜进行依次编号，编号形式为：
Figure QLYQS_5
，i表示圆环的编号，n表示在第i个圆环中子镜的数量。
5.根据权利要求3所述的天文望远镜主镜面共相检测方法，其特征在于，在步骤S213中，椭圆方程的表达式为：
Figure QLYQS_6
，上式中，B、C、D、E、F均表示椭圆方程中的参数；
均方差和
Figure QLYQS_7
的计算公式为：
Figure QLYQS_8
，上式中，N为常数，表示椭圆方程的个数，/>
Figure QLYQS_9
为外轮廓线的中心坐标。
6.根据权利要求1所述的天文望远镜主镜面共相检测方法，其特征在于，在步骤S5中，判断与实际曲线网格中若干第二曲线相对应的第一曲线是否出现波动，具体过程包括以下步骤：
S51、在若干第一曲线和第二曲线上分别选取交点作为波动点
Figure QLYQS_10
和波动点/>
Figure QLYQS_11
；
S52、计算第一曲线上所分布若干波动点
Figure QLYQS_12
的曲率/>
Figure QLYQS_13
；
S53、计算第二曲线上所分布若干波动点
Figure QLYQS_14
的曲率/>
Figure QLYQS_15
；
S54、判断曲率
Figure QLYQS_16
相对于曲率/>
Figure QLYQS_17
是否出现变化；
若曲率
Figure QLYQS_18
等于曲率/>
Figure QLYQS_19
，则第二曲线未出现波动；
若曲率
Figure QLYQS_20
大于或小于曲率/>
Figure QLYQS_21
，则第二曲线出现波动。
7.根据权利要求6所述的天文望远镜主镜面共相检测方法，其特征在于，在步骤S52中，波动点
Figure QLYQS_22
的曲率/>
Figure QLYQS_23
的计算公式为：
Figure QLYQS_24
，上式中，/>
Figure QLYQS_25
为弧/>
Figure QLYQS_26
的切线夹角，/>
Figure QLYQS_27
为弧/>
Figure QLYQS_28
的弧长。
8.一种用于实现上述权利要求1-7任一项所述的天文望远镜主镜面共相检测方法的系统，其特征在于，该系统包括：
第一获取模块（100），所述第一获取模块（100）用于获取主镜面在若干个子镜共相状态下的点云数据Q，并对点云数据Q进行滤波处理；
标准曲线网格构建模块（200），所述标准曲线网格构建模块（200）用于根据点云数据Q拟合出主镜面在共相状态下的若干第一条曲线，并根据若干条第一曲线构建标准曲线网格；
第二获取模块（300），所述第二获取模块（300）用于获取待检测主镜面在任意时段下的点云数据P，并对点云数据P进行滤波处理；
实际曲线网格构建模块（400），所述实际曲线网格构建模块（400）用于根据点云数据P拟合出待检测主镜面的若干条第二曲线，并根据若干条第二曲线构建实际曲线网格；
波动判断模块（500），所述波动判断模块（500）用于判断与实际曲线网格中若干第二曲线相对应的第一曲线是否出现波动；
定位模块（600），所述定位模块（600）用于根据第二曲线上的波动定位出现位姿变化的子镜在实际曲线网格中的所在位置。
9.一种计算机设备，其特征在于，包括处理器和存储器，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述的天文望远镜主镜面共相检测方法。
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