[发明专利]一种基于加权最小二乘法的平面子孔径拼接方法

说明书

技术领域

本发明属于光学测试领域，主要涉及一种基于加权最小二乘法的平面子孔径拼接方法。

背景技术

随着科学技术的发展，大口径光学系统在航空、航天、军事等领域运用越来越广。传统的光学检测方法在检测大口径面形时需要一个大口径的标准件，而大口径的标准件制造加工困难，且检测结果的空间分辨率受到探测器分辨率的限制。子孔径拼接测量方法通过对多个具有一定重叠区域的子孔径面形数据进行拼接，免去了大口径标准件，降低了成本，提高了空间分辨率。

传统的子孔径拼接方法都是根据重叠区域相位误差不一致性最小原则（最小二乘法）先求出各子孔径的倾斜、平移系数，然后对各子孔径倾斜量、平移量进行补偿，从而获得全孔径面形。

Mark A.Schmucker,Joanna Schmit，在“US 5991461”提出了一种平面子孔径的拼接方法，其基本思想是对各子孔径按照一定的优先级顺序进行拼接，噪声小的区域区域优先级高，此方法对拼接顺序敏感，存在累计误差。

美国QED公司在“US 6956657”提出了一种同时优化补偿各子孔径的倾斜误差、平移误差、参考面误差、畸变误差的方法，此方法未考虑噪声对拼接的影响。

实际测量中，各子孔径除了引入由于机械装置移动带来的倾斜误差和平移误差外，还受到CCD、光源、环境中的振动、温度、空气扰动等噪声源的影响，引入噪声。为减小这些噪声对子孔径拼接的影响，本文提出一种基于加权最小二乘法的子孔径拼接方法，并提出了一种求取权值的方法。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提出了一种基于加权最小二乘法的平面子孔径拼接方法，抑制了噪声区域在子孔径拼接中的影响，为提高子孔径拼接的拼接精度提供了一种手段。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如图2所示，具体步骤如下：

（1）根据子孔径的面形数据，计算各重叠区域的权值W_{l，m，x，y}。权值W_{l，m，x，y}是l，m，x，y的函数，表示第l子孔径与第m子孔径间的重叠区域中像素点(x，y)的权值。本发明要求权值W_l,m，x,y能反应相应重叠区域在拼接中的可信度大小，噪声大的区域权值小，噪声小的区域权值大。根据各子孔径面形数据在测量中受到噪声干扰的特点，将权值W_{l，m，x，y}分为第一类权值p_{l，m，x，y}和第二类权值q_l，m，第一类权值p_{l，m，x，y}反应子孔径面形受离散点噪声的影响，第二类权值q_l，m反应子孔径面形受区域性噪声的影响。然后再将这两类权值相乘得到权值W_{l，m，x，y}，其具体的计算方法如下：

a）选取第h子孔径作为基准面（a_h＝0,b_h＝0,c_h＝0，h=1，...M中的任意一个数，M代表总的子孔径数目），采用最小二乘法（重叠区域残余误差的平方和ε最小），求解各子孔径的X方向倾斜系数a_j，Y方向倾斜系数b_j和轴向平移系数c_j，方法如下式所示：

其中，(x_i，y_i)为第l子孔径与第m子孔径的重叠区域中的第i个像素点的坐标，f_l(x_i,y_i)为像素点(x_i,y_i)在第l个子孔径中的面形数据，f_m(x_i,y_i)为像素点(x_i,y_i)在第m个子孔径中的面形数据，a_l为第l个子孔径的X方向倾斜系数，b_l为第l个子孔径的Y方向倾斜系数，c_l为第l个子孔径轴向的平移系数，a_m为第m个子孔径的X方向倾斜系数，b_m为第m个子孔径的Y方向倾斜系数，c_m为第m个子孔径轴向的平移系数，N_l，m为第I子孔径与第m子孔径的重叠区域的像素点总数，ε为重叠区域残余误差的平方和，M代表总的子孔径数目，j＝1，2…M，代表子孔径序号，i＝1，2，...，N_l，m，为第l子孔径与第m子孔径的重叠区域中的像素点序号。