本发明属于光学检测技术领域，具体涉及一种基于相位分析的平面子镜拼接状态测量方法。
背景技术：
子镜拼接检测在新一代空间大型望远镜的装配中具有重要作用，直接关系到望远镜观测的性能。常用的拼接误差检测方法有夏克-哈特曼(s-h)传感器法、宽带&窄带共相方法、四棱锥法、色散条纹法、色散瑞利干涉法、迈克尔逊干涉检测法等，这些方法都有自己的特点和局限性，并且普遍存在装置复杂、设备价格昂贵、对环境要求苛刻、测量动态范围小的缺点。
基于结构光的相位分析方法获取的信息量丰富，具有测量灵敏度高、精度高和设备成本相对较低，抗环境干扰能力强，可用于车间检测等优点，已被广泛地应用于光学测量领域中。而对于采用结构光相位分析方法实现子镜拼接状态测量的报道，迄今为止未见报道。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于相位分析的平面子镜拼接状态测量方法。
本发明的基于相位分析的平面子镜拼接状态测量方法包括以下步骤：
1a.对测量系统进行标定，获得ccd摄像机拍摄图像像素与实际尺寸之间的关系；
1b.由计算机产生结构光正弦条纹，显示在显示屏上，并经半透半反镜投影到待拼接子镜1、子镜2……、子镜n上，经子镜1、子镜2……、子镜n和半透半反镜反射后到达ccd摄像机，n≥2；
1c.ccd摄像机拍摄并记录子镜1、子镜2……、子镜n反射回来的特征图样，即ccd摄像机拍摄记录下由子镜1、子镜2……、子镜n分别对显示屏形成的虚像1、虚像2……、虚像n；
1d.对虚像1、虚像2……、虚像n进行绝对相位提取，计算对应的虚像平面的绝对相位1、绝对相位2、……、绝对相位n；
1e.计算出虚像1和虚像2之间的夹角
以两个子镜为例，使用平面拟合法拟合虚像1和虚像2对应的绝对相位1和绝对相位2在摄像机坐标系中的方程：
其中a1、b1、c1为绝对相位1的平面方程系数，a2、b2、c2为绝对相位2的平面方程系数。虚像1和虚像2之间分别关于x轴和y轴的夹角
以虚像1和虚像2的左上角角点分别作为虚像1坐标系和虚像2坐标系的原点，根据系统标定的结果换算相位与实际距离之间的关系得出虚像1和虚像2在z方向上的坐标原点轴向位移量tz12。
1f.根据镜面反射原理，子镜1和子镜2之间的夹角和位移量是虚像1和虚像2之间的夹角和位移量的一半，从而得到子镜1和子镜2之间的夹角和坐标原点轴向位移量。
子镜1和子镜2之间的轴向位移量测量步骤如下：
2a.测量虚像1和虚像2之间的夹角
2b.测量虚像1和虚像2之间的轴向位移量tz12，计算tz12/2得到子镜1和子镜2之间的轴向位移量。
本发明的基于相位分析的平面子镜拼接状态测量方法为子镜拼接检测提供了一种结构简单、使用方便、测量动态范围大、灵敏度高的方法，同时可以获得高精度的测量结果，对噪声和环境影响有抑制作用，可在车间环境中进行检测。该方法使用绝对相位分析方法和空间平面拟合，通过计算两个或多个子镜对应虚像之间的夹角、位移关系，获得相应平面子镜之间的位姿关系。
附图说明
图1为本发明的基于相位分析的平面子镜拼接状态测量方法的原理图；
图2为子镜之间存在相对位移或倾斜时的ccd摄像机拍摄得到的子镜1、子镜2反射的特征图样示意图；
图3为三频时间相位展开方法示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明。
本发明的基于相位分析的平面子镜拼接状态测量方法包括以下步骤：
1a.对测量系统进行标定，获得ccd摄像机拍摄图像像素与实际尺寸之间的关系；
1b.由计算机产生结构光正弦条纹，显示在显示屏上，并经半透半反镜投影到待拼接子镜1、子镜2……、子镜n上，经子镜1、子镜2……、子镜n和半透半反镜反射后到达ccd摄像机，n≥2；
1c.ccd摄像机拍摄并记录子镜1、子镜2……、子镜n反射回来的特征图样，即ccd摄像机拍摄记录下由子镜1、子镜2……、子镜n分别对显示屏形成的虚像1、虚像2……、虚像n；
1d.对虚像1、虚像2……、虚像n进行绝对相位提取，计算对应的虚像平面的绝对相位1、绝对相位2、……、绝对相位n；
1e.计算出虚像1和虚像2之间的夹角
以两个子镜为例，使用平面拟合法拟合虚像1和虚像2对应的绝对相位1和绝对相位2在摄像机坐标系中的方程：
其中a1、b1、c1为绝对相位1的平面方程系数，a2、b2、c2为绝对相位2的平面方程系数。虚像1和虚像2之间分别关于x轴和y轴的夹角
以虚像1和虚像2的左上角角点分别作为虚像1坐标系和虚像2坐标系的原点，根据系统标定的结果换算相位与实际距离之间的关系得出虚像1和虚像2在z方向上的坐标原点轴向位移量tz12。
1f.根据镜面反射原理，子镜1和子镜2之间的夹角和位移量是虚像1和虚像2之间的夹角和位移量的一半，从而得到子镜1和子镜2之间的夹角和坐标原点轴向位移量。
子镜1和子镜2之间的轴向位移量测量步骤如下：
2a.测量虚像1和虚像2之间的夹角
2b.测量虚像1和虚像2之间的轴向位移量tz12，计算tz12/2得到子镜1和子镜2之间的轴向位移量。
实施例1
如图1所示，本发明的基于相位分析的平面子镜拼接状态测量方法使用的测量系统主要包括ccd摄像机、半透半反镜、显示屏和计算机。显示屏上显示由计算机生成的结构光正弦条纹，通过半透半反镜到达待拼接的反射镜，反射后的光线又经半透半反镜反射后被ccd摄像机所拍摄并记录。也就是ccd摄像机拍摄记录下显示屏由两个（或多个）子镜分别形成的虚像。当待测子镜共面时，ccd摄像机获得的条纹在空间上具有连续性；当子镜之间存在相对位移或倾斜时，如图2所示，ccd摄像机获得的条纹在方向和周期方面会发生突变，其相位信息也会发生突变。使用相位分析技术，可以获得虚像之间的夹角、位移量等信息。根据镜面反射原理，所得夹角或位移量的一半即为子镜之间的夹角或位移量。下面以两个子镜（子镜1和子镜2）情况下，显示屏上显示正弦条纹图样为例进行说明，当包含多个子镜时具有类似的测量过程，本例子并不包括本专利的所有内容。
首先进行系统标定，根据显示器的像元尺寸标定摄像机拍摄图像像素与实际尺寸之间的关系。
显示并拍摄正弦条纹图样并进行图像处理。在计算机中生成标准正弦条纹图样，通过半透半反镜到达待测子镜，反射后的光线又经半透半反镜反射后被ccd摄像机所拍摄并记录。也就是ccd拍摄记录下显示屏由两个子镜分别形成的虚像。然后进行相位分析，使用如图3所示的三频时间相位展开方法，获得虚像1和虚像2对应的绝对相位1和绝对相位2。
计算两个子镜之间的夹角。对绝对相位1和绝对相位2在摄像机坐标系中分别进行拟合，可获得如式1所示的表达式：
则虚像1和虚像2之间分别关于x轴和y轴的夹角
以虚像1和虚像2的左上角角点分别作为虚像1坐标系和虚像2坐标系的原点，根据系统标定的结果换算相位与实际距离之间的关系得出虚像1和虚像2在z方向上的坐标原点轴向位移量tz12。
根据镜面反射原理，子镜1和子镜2之间的夹角和位移量是虚像1和虚像2之间的夹角和位移量的一半，从而得到子镜1和子镜2之间的夹角和坐标原点轴向位移量。
计算两个子镜之间的轴向位移量。根据测量得出的虚像1和虚像2之间的夹角
本发明不局限于上述具体实施方式，所属技术领域的技术人员从上述构思出发，不经过创造性的劳动，所作出的种种变换，均落在本发明的保护范围之内。