一種基于圖像互相關的陣列元件拼接方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及陣列元件拼接技術領域,具體涉及一種基于圖像互相關的陣列元件拼接方法。
【背景技術】
[0002]為了解決光學元件口徑約束問題,通常利用多塊小口徑的元件進行拼接來獲取大口徑的光學元件。比如:在高功率激光裝置中常采用拼接技術來獲取大口徑的衍射光柵;在天文觀測領域,大型望遠鏡的主鏡也通常利用多塊子鏡組合而成。
[0003]若陣列元件理想拼接,則各子元件處于一個理想的平面或曲面上,此時可將它們作為一個大口徑的單塊元件使用。在陣列元件的拼接過程中,為了消除或減小拼接誤差,通常在相鄰子元件間安裝精密位移傳感器來檢測拼接誤差,并調(diào)整子元件的拼接姿態(tài),從而使陣列元件達到預期的拼接狀態(tài)。Keck望遠鏡、SALT望遠鏡、OMEGA EP激光裝置和GekkoMII激光裝置均采取了上述方式。該方式需要安裝多個傳感器,使操作對象結構復雜化,另外還需要精確建立拼接誤差與傳感器間的傳遞關系,增加了分析的難度,因此需要尋求新的技術途徑。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種基于圖像互相關的陣列元件拼接方法。
[0005]本發(fā)明的基于圖像互相關的陣列元件拼接方法,其特點是:首先進行標定,采集得到無拼接誤差的基準遠場圖像,然后采集陣列元件存在拼接誤差的當前遠場圖像,計算當前遠場圖像與基準遠場圖像的相似度,若該相似度不滿足拼接終止條件,則根據(jù)該相似度和最優(yōu)化算法進行計算得到控制信號,通過控制信號調(diào)整陣列元件的拼接姿態(tài),調(diào)整完成之后再測量當前遠場圖像,重復上述過程進入下一次循環(huán)或結束拼接;若相似度滿足拼接終止條件,則直接進入下一次循環(huán)或結束拼接。
[0006]所述的陣列元件是MXN的矩陣排列方式,有:M彡1,N彡1,麗彡2,M和N為正整數(shù)。
[0007]所述的拼接誤差包含多個變量,不同的拼接元件該拼接誤差有所差別。
[0008]所述的相似度采用互相關系數(shù)法或殘差逐次檢驗法中的一種進行計算。
[0009]所述的拼接終止條件由相似度的計算方式?jīng)Q定,采用互相關系數(shù)法計算相似度時,拼接終止條件為相似度大于等于閾值;采用殘差逐次檢驗法計算相似度時,拼接終止條件為相似度小于閾值。
[0010]所述的閾值根據(jù)實際要求的拼接精度確定。
[0011]所述的基準遠場圖像和當前遠場圖像采用同一個測量系統(tǒng)進行采集。
[0012]所述的最優(yōu)化算法為遺傳算法、模擬退火算法、模式提取算法或隨機并行梯度下降算法中的一種。
[0013]在相似度和最優(yōu)化算法計算得到的控制信號的作用下,陣列元件的拼接姿態(tài)不斷進行調(diào)整,逐漸逼近預期的拼接狀態(tài),使得當前遠場圖像與基準遠場圖像越來越接近。
[0014]基于圖像互相關的陣列元件拼接方法與陣列元件的排列方式無關。
[0015]本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比簡單易行,不需要增加額外的傳感器,也不需要精確建立拼接誤差與傳感器間的傳遞關系,可以在不增加操作對象結構復雜度的情況下消除或減小拼接誤差,實現(xiàn)陣列元件的拼接,獲取大口徑的光學元件。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明的基于圖像互相關的陣列元件拼接方法的流程圖;
圖2為本發(fā)明的3個實施例的陣列元件的排列方式圖;
圖2 (a)為實施例1的1X2排列;
圖2 (b)為實施例2的1X3排列;
圖2 (c)為實施例3的2X2排列。
【具體實施方式】
[0017]以下實施例僅用于說明本發(fā)明,而并非對本發(fā)明的限制。有關技術領域的人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下,還可以做出各種變化、替換和變型,因此同等的技術方案也屬于本發(fā)明的范疇。
[0018]圖1為本發(fā)明的基于圖像互相關的陣列元件拼接方法的流程圖,如圖1所示,基于圖像互相關的陣列元件拼接方法需要預先進行標定,按照通常的實現(xiàn)方式將陣列元件調(diào)整至無拼接誤差狀態(tài),并在系統(tǒng)中保存此遠場圖像,此遠場圖像是基準遠場圖像,為陣列元件存在拼接誤差時的重新調(diào)整提供參考基準。然后采集陣列元件存在拼接誤差的當前遠場圖像,計算當前遠場圖像與基準遠場圖像的相似度。若該相似度不滿足拼接終止條件,則根據(jù)該相似度和最優(yōu)化算法進行計算得到控制信號,通過控制信號調(diào)整陣列元件的拼接狀態(tài),調(diào)整完成之后再測量當前遠場圖像,重復上述過程進入下一次循環(huán)或結束拼接;若相似度滿足拼接終止條件,則直接進入下一次循環(huán)或結束拼接。
[0019]所述的陣列元件是MXN的矩陣排列方式,有:M彡1,N彡1,麗彡2,M和N為正整數(shù)。
[0020]所述的拼接誤差包含多個變量,不同的拼接元件該拼接誤差有所差別。
[0021]所述的相似度采用互相關系數(shù)法或殘差逐次檢驗法中的一種進行計算。
[0022]所述的拼接終止條件由相似度的計算方式?jīng)Q定,采用互相關系數(shù)法計算相似度時,拼接終止條件為相似度大于等于閾值;采用殘差逐次檢驗法計算相似度時,拼接終止條件為相似度小于閾值。
[0023]所述的閾值根據(jù)實際要求的拼接精度確定。
[0024]所述的基準遠場圖像和當前遠場圖像采用同一個測量系統(tǒng)進行采集。
[0025]所述的最優(yōu)化算法為遺傳算法、模擬退火算法、模式提取算法或隨機并行梯度下降算法中的一種。
[0026]在相似度和最優(yōu)化算法計算得到的控制信號的作用下,陣列元件的拼接姿態(tài)不斷進行調(diào)整,逐漸逼近預期的拼接狀態(tài),使得當前遠場圖像與基準遠場圖像越來越接近。
[0027]基于圖像互相關的陣列元件拼接方法與陣列元件的排列方式無關。
[0028]實施例1為圖2 (a)所示的1X2排列,實施例2為圖2 (b)所示的I X3排列,實施例3為圖2 (c)所示的2X2排列。
[0029]實施例3的陣列元件為2X2排列,首先,按照通常的實現(xiàn)方式將2X2排列的陣列元件調(diào)整至無拼接誤差狀態(tài),并在系統(tǒng)中將該狀態(tài)保存為2X2排列的陣列元件的基準遠場圖像;其次,獲得該陣列元件存在拼接誤差時的初始遠場圖像,根據(jù)圖1所示的基于圖像互相關的陣列元件拼接流程進行陣列元件拼接,其中相似度采用互相關系數(shù)法進行計算,最優(yōu)化算法采用隨機并行梯度下降算法;最后,獲得該陣列元件拼接完成時的最終遠場圖像,初始遠場圖像和最終遠場圖像對比顯示,拼接達到精度要求,拼接工作完成。
【主權項】
1.一種基于圖像互相關的陣列元件拼接方法,其特征在于:首先進行標定,采集得到陣列元件無拼接誤差的基準遠場圖像,然后采集陣列元件存在拼接誤差的當前遠場圖像,計算當前遠場圖像與基準遠場圖像的相似度,若相似度不滿足拼接終止條件,則根據(jù)相似度和最優(yōu)化算法進行計算得到控制信號,通過控制信號調(diào)整陣列元件的拼接姿態(tài),調(diào)整完成之后再測量當前遠場圖像,重復上述過程進入下一次循環(huán)或結束拼接;若相似度滿足拼接終止條件,則直接進入下一次循環(huán)或結束拼接。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于圖像互相關的陣列元件拼接方法,其特征在于:所述的陣列元件是MXN的矩陣排列方式,有:M彡1,麗彡2,M和N為正整數(shù)。
3.根據(jù)權利要求1所述的基于圖像互相關的陣列元件拼接方法,其特征在于:所述的相似度采用互相關系數(shù)法或殘差逐次檢驗法中的一種進行計算。
4.根據(jù)權利要求1所述的基于圖像互相關的陣列元件拼接方法,其特征在于:所述的拼接終止條件由相似度的計算方式?jīng)Q定,采用互相關系數(shù)法計算相似度時,拼接終止條件為相似度大于等于閾值;采用殘差逐次檢驗法計算相似度時,拼接終止條件為相似度小于閾值。
5.根據(jù)權利要求1所述的基于圖像互相關的陣列元件拼接方法,其特征在于:所述的最優(yōu)化算法為遺傳算法、模擬退火算法、模式提取算法或隨機并行梯度下降算法中的一種。
6.根據(jù)權利要求1所述的基于圖像互相關的陣列元件拼接方法,其特征在于:所述的基準遠場圖像和當前遠場圖像采用同一個測量系統(tǒng)進行采集。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于圖像互相關的陣列元件拼接方法,用以獲得大口徑光學元件。本發(fā)明方法首先進行標定,采集得到陣列元件無拼接誤差的基準遠場圖像,然后采集陣列元件存在拼接誤差的當前遠場圖像,計算當前遠場圖像與基準遠場圖像的相似度,若相似度不滿足拼接終止條件,則根據(jù)相似度和最優(yōu)化算法進行計算得到控制信號,通過控制信號調(diào)整陣列元件的拼接姿態(tài),調(diào)整完成之后再測量當前遠場圖像,重復上述過程進入下一次循環(huán)或結束拼接;若相似度滿足拼接終止條件,則直接進入下一次循環(huán)或結束拼接。本發(fā)明方法簡單易行,避免了制造工藝的限制,降低了大口徑光學元件的制作難度和制作成本。
【IPC分類】G01M11-00
【公開號】CN104776978
【申請?zhí)枴緾N201510193506
【發(fā)明人】母杰, 景峰, 王逍, 李志林, 周凱南, 曾小明, 王曉東, 張穎, 劉蘭琴, 朱啟華, 粟敬欽
【申請人】中國工程物理研究院激光聚變研究中心
【公開日】2015年7月15日
【申請日】2015年4月23日