[發明專利]一種基于平面配準的球面子孔徑拼接方法

在審

• 申請號: 201911118701.4
• 申請日: 2019-11-15
• 公開（公告）號: CN110966955A
• 公開（公告）日: 2020-04-07
• 發明（設計）人: 朱日宏;秦敏昱;李建欣;馬駿;宗毅;段明亮;魏聰
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24;G06T7/33;G06T3/40
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 朱沉雁

1.一種基于平面配準的球面子孔徑拼接方法，其特征在于，方法步驟如下：

步驟1、在球面上沿著緯度，每隔一定經度，呈環帶規劃子孔徑拼接路徑；

步驟2、按照子孔徑拼接路徑，對每個環帶進行干涉測量，分別得到每個環帶的所有子孔徑數據，運用Zernike多項式去除低頻信息擬合到平面；

步驟3、對平面上的每個子孔徑數據運用Fourier Mellin圖像配準，得到同一環帶相鄰子孔徑在平面內的旋轉量和平移量；

步驟4、將同一環帶內子孔徑依次拼接，在平面內排布，產生二維環帶數據；

步驟5、根據二維環帶數據建立極坐標系，按照極坐標的極徑、極角展開，得到矩陣數據；

步驟6、對矩陣數據進行配準，所有環帶和封頂子孔徑都在同一平面拼接，得到全口徑平面數據；

步驟7、將全口徑平面數據轉換到球坐標系，形成完整三維球面數據。

2.根據權利要求1所述的基于平面配準的球面子孔徑拼接方法，其特征在于，步驟1中，在球面上沿著緯度，每隔一定經度，呈環帶規劃子孔徑拼接路徑，即測量時的子孔徑掃描軌跡是沿著緯線，單條緯線采集完畢后繼續下一條緯線的子孔徑采集，各個緯線環帶內的子孔徑存在重合部分，緯線環帶間也存在重合部分，所有子孔徑能覆蓋全口徑的球面。

3.根據權利要求1所述的基于平面配準的球面子孔徑拼接方法，其特征在于，步驟2中，按照子孔徑拼接路徑，對每個環帶進行干涉測量，分別得到每個環帶的所有子孔徑數據，運用Zernike多項式去除低頻信息擬合到平面，具體如下：按照子孔徑拼接路徑，對每個環帶進行干涉測量，分別得到每個環帶的所有子孔徑數據，即條紋數據，對條紋數據進行移相算法，得到相位，相位展開后，使用Zernike多項式擬合法，去除子孔徑的低階波面，只保留高頻信息，得到包含缺陷信息的平面。

4.根據權利要求1所述的基于平面配準的球面子孔徑拼接方法，其特征在于，步驟3中，通過Fourier Mellin圖像配準，得到相鄰子孔徑在平面的相對旋轉角度Δθ，相對位移Δx和Δy，根據機械精度，對得到的Δθ、Δx和Δy進行誤差分析，剔除誤差較大的數據并按照平均值修正。

5.根據權利要求1所述的基于平面配準的球面子孔徑拼接方法，其特征在于，步驟4中，對同一環帶的子孔徑進行拼接，以一個子孔徑為基準，其相鄰的后一子孔徑依次按照旋轉位移量拼接；環帶所有子孔徑在平面上呈圓弧排布；最后的子孔徑再與第一個子孔徑配準拼接，使得環帶兩端都是同一孔徑，在平面上完成閉環，得到二維環帶數據。

6.根據權利要求1所述的基于平面配準的球面子孔徑拼接方法，其特征在于，步驟5中，根據二維環帶數據，取平面環帶內各個子孔徑的中心坐標，擬合出所有坐標的圓心，以擬合的圓心為極點，極點到第一個子孔徑中心為極軸建立極坐標系，得到數據點(ρ_極，θ_極)，以ρ_極為縱坐標、θ_極為橫坐標，ρ_極、θ_極均勻分布，將所有數據點重新排布到平面矩形內，得到矩陣數據。

7.根據權利要求1所述的基于平面配準的球面子孔徑拼接方法，其特征在于，步驟6，根據展開后的平面環帶圖，即θ坐標矩陣，運用相位相關技術進行環帶間配準，得到環帶間的位移量Δθ，即為球坐標系上環帶間的偏移；在平面上將相鄰環帶的θ坐標數據拼接，相鄰環帶依次按照此方法在同一平面拼接，封頂子孔徑也按照相同步驟展開、配準、拼接，最終完成平面全口徑數據。

8.根據權利要求1所述的基于平面配準的球面子孔徑拼接方法，其特征在于，步驟7中，對于二維環帶數據，將以(ρ_極，θ_極)為坐標的矩陣，橫縱坐標改為球坐標系中的對應關系如下：

設極坐標系各個子孔徑中心點組成的弧線l_k，則該弧線在球坐標系的角θ_k球

其他各點對應關系

式中ρ_k為極坐標系內中心弧線對應的極徑，球半徑r＝l_k/tan(θ_max)，θ_max為閉環最后的子孔徑中心極角；

對于全口徑平面數據，按照對應的比例關系，將矩形數據橫縱坐標改為坐標，使θ在0～2π均勻分布，變為球坐標；

將轉換坐標后的數據加上球半徑r，得到面型起伏R，建立球坐標系，代入各點球坐標形成三維球面全口徑數據。