【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及波前测量领域，具体涉及一种基于相位偏折的离轴多反波前测量方法。
技术介绍
1、当前，波前测量是一项关键的技术，可以测量和分析光波的相位信息，从而了解光学系统中的波前畸变情况。在这个背景下，波前测量方法的研究和发展变得至关重要，在不同的光学系统和应用场景中需要采用不同的波前测量方法。
2、在现有的波前测量方法中，第一类波前测量方法为直接测量物体的波前相位，例如利用泰曼格林干涉仪和菲佐干涉仪等，但是容易受到曲率测量范围的限制，主要适用于近球面和近平面的光学元件。第二类波前测量方法为首先测量波前的斜率，然后通过积分方法来重建波前。这种方法在灵敏度和实时性方面表现出色，但对于数据的处理较复杂并且精度低。
3、因此，亟需一种测量范围大、精度高的波前测量方法。
技术实现思路
1、本专利技术旨在至少在一定程度上解决现有技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的目的在于提供了一种基于相位偏折的离轴多反波前测量方法，具有测量范围大、精度高的优点。
2、技术方案：一种基于相位偏折的离轴多反波前测量方法，包括：
3、获取多个不同相位和不同周期的正弦条纹图像，并将多个所述正弦条纹图像进行灰度化处理，得到正弦条纹灰度图像；
4、通过屏幕分别在至少两个不同的位置处，依次显示多个所述正弦条纹灰度图像，所述正弦条纹灰度图像入射到离轴多反光学系统；
5、基于入射到离轴多反光学系统的多个所述正弦条纹灰度图像经过光线的多次反射后，通过圆
6、根据多频相位解包裹法对多个所述正弦条纹成像图像进行相位解包裹，得到多个所述正弦条纹成像图像的绝对相位；
7、基于所述绝对相位，通过southwell区域法模型计算绝对相位相应位置处的波前斜率；
8、对所述波前斜率进行积分重建，得到离轴多反波前面型。
9、进一步的，所述通过屏幕分别在至少两个不同的位置处，依次显示多个所述正弦条纹灰度图像之前，还包括进行屏幕与离轴多反光学系统光轴垂直度的标定以及进行圆孔光阑与离轴多反光学系统焦点位置的标定。
10、进一步的，所述屏幕与离轴多反光学系统光轴垂直度的标定，包括：
11、将两个相同的且有一定间隔的圆投影到屏幕上，并入射到离轴多反光学系统内经过光线的多次反射后通过圆孔光阑在相机的焦平面处成像；
12、计算成像后两个圆的圆心之间的第一距离；
13、屏幕在底板上进行位置移动，计算两个圆再次成像到相机的焦平面处两个圆的圆心之间的第二距离，并且计算出所述第一距离与所述第二距离之间的距离差值；
14、将竖直连接在电动转台上的屏幕进行转动，计算屏幕在不同的转动角度下，成像后的两个圆的圆心对应的距离差值；
15、根据相应的距离差值以及转动角度，得到转动角度与距离差值之间的对应关系；
16、基于所述对应关系，通过粒子群最优算法确定所述距离差值最小时，屏幕的转动角度，并将此时屏幕的转动角度确定为垂直度标定角度。
17、进一步的，所述圆孔光阑与离轴多反光学系统焦点位置的标定，包括：
18、将任意圆投影到屏幕上，并入射到离轴多反光学系统内经过光线的多次反射后通过圆孔光阑在相机的焦平面处成像；
19、通过图像处理算法计算成像后圆的大小；
20、将圆孔光阑在底板上随轨道进行移动，利用插值拟合算法得到移动距离与成像后圆的大小之间的对应关系；
21、基于所述对应关系，通过蚁群算法确定成像后圆最大时，圆孔光阑的焦点位置，并将此时圆孔光阑的位置确定为焦点标定位置。
22、进一步的，所述基于所述绝对相位，通过southwell区域法模型计算绝对相位相应位置处的波前斜率，包括：
23、根据多频相位解包裹法确定所述屏幕上相同的相位点与相机像素的对应关系；
24、基于所述对应关系，利用光线追踪法确定出入射光线的光线方向；
25、对所述光线做切线处理，确定光线发生偏折的位置点；
26、通过southwell区域法模型计算绝对相位相应位置处的波前斜率。
27、进一步的，所述正弦条纹图像包括横向正弦条纹图像和纵向正弦条纹图像，将所述横向正弦条纹图像和纵向正弦条纹图像进行灰度化处理，其中灰度化处理的公式表示为：
28、
29、
30、z＝i×255
31、其中，t0为设置的正弦条纹图像的周期，xre为屏幕的横向分辨率，yre为屏幕的纵向分辨率，step为正弦条纹图像相移步数，z为正弦条纹图像转换为灰度图像在0到255之间。
32、进一步的，所述多频相位解包裹的公式表示为：
33、φ(x,y)＝ψ(x,y)+2π×k(x,y)
34、其中，φ(x,y)为正弦条纹图的绝对相位，ψ(x,y)为正弦条纹图的包裹相位，k(x,y)为正弦条纹图的阶次。
35、进一步的，所述通过southwell区域法模型计算绝对相位相应位置处的波前斜率的公式表示为：
36、
37、
38、其中，gjk代表当前点的有效相位点数量。φjk为当前点的有效相位值；表示y向斜率，表示x向斜率,n表示矩阵维度。
39、进一步的，所述得到离轴多反波前面型之后，还包括：
40、计算所述离轴多反波前面型的波前像差；
41、通过zernike拟合算法拟合所述波前像差的36项系数值；
42、将解包裹后的相位测量出的波前图减去zernike前三项和第八项矩阵和对应系数的乘积和，重新计算所述离轴多反波前面型的波前像差；
43、基于所述波前像差，得到去除误差后的离轴多反波前面型。
44、进一步的，所述波前像差表示为：
45、
46、
47、其中，w(x,y)为波前像差，w’(x,y)为重新计算后的波前像差。anm为zernike的系数，z(x,y)为zernike的多项式，n和m是整数，n为多项式的阶数，m为多项式的角度频率，通常n是非负偶数，m是满足-n≤m≤n的整数。
48、有益效果：本专利技术首先通过获取多个不同相位和不同周期的正弦条纹图像，并进行灰度化处理，屏幕分别在至少两个不同的位置处，依次将灰度化处理后的正弦条纹图像显示到屏幕上，入射到离轴多反光学系统，通过离轴多反光学系统内光线的多次反射后经过圆孔光阑在相机的焦平面处成像，采用圆孔光阑可以根据相机焦点位置的不同进行灵活的调整，并且圆孔光阑由于体积小可以灵活放置到准确的位置，得到多个正弦条纹成像图像，并且根据离轴多反光学系统的口径选取不同大小的屏幕满足测量需求，利用多频相位解包裹法对多个正弦条纹成像图像进行相位解包裹，得到绝对相位，基于绝对相位计算相应位置处的波前斜率，对波前斜率进行积分重本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于相位偏折的离轴多反波前测量方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于相位偏折的离轴多反波前测量方法，其特征在于，所述通过屏幕分别在至少两个不同的位置处，依次显示多个所述正弦条纹灰度图像之前，还包括进行屏幕与离轴多反光学系统光轴垂直度的标定以及进行圆孔光阑与离轴多反光学系统焦点位置的标定。
3.根据权利要求2所述的一种基于相位偏折的离轴多反波前测量方法，其特征在于，所述屏幕与离轴多反光学系统光轴垂直度的标定，包括：
4.根据权利要求3所述的一种基于相位偏折的离轴多反波前测量方法，其特征在于，所述圆孔光阑与离轴多反光学系统焦点位置的标定，包括：
5.根据权利要求1所述的一种基于相位偏折的离轴多反波前测量方法，其特征在于，所述基于所述绝对相位，通过Southwell区域法模型计算绝对相位相应位置处的波前斜率，包括：
6.根据权利要求1所述的一种基于相位偏折的离轴多反波前测量方法，其特征在于，所述正弦条纹图像包括横向正弦条纹图像和纵向正弦条纹图像，将所述横向正弦条纹图像和纵向正弦条纹图像进行灰度化处理
7.根据权利要求6所述的一种基于相位偏折的离轴多反波前测量方法，其特征在于，所述多频相位解包裹的公式表示为：
8.根据权利要求7所述的一种基于相位偏折的离轴多反波前测量方法，其特征在于，所述通过Southwell区域法模型计算绝对相位相应位置处的波前斜率的公式表示为：
9.根据权利要求1所述的一种基于相位偏折的离轴多反波前测量方法，其特征在于，所述得到离轴多反波前面型之后，还包括：
10.根据权利要求9所述的一种基于相位偏折的离轴多反波前测量方法，其特征在于，所述波前像差表示为：
...【技术特征摘要】
1.一种基于相位偏折的离轴多反波前测量方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于相位偏折的离轴多反波前测量方法，其特征在于，所述通过屏幕分别在至少两个不同的位置处，依次显示多个所述正弦条纹灰度图像之前，还包括进行屏幕与离轴多反光学系统光轴垂直度的标定以及进行圆孔光阑与离轴多反光学系统焦点位置的标定。
3.根据权利要求2所述的一种基于相位偏折的离轴多反波前测量方法，其特征在于，所述屏幕与离轴多反光学系统光轴垂直度的标定，包括：
4.根据权利要求3所述的一种基于相位偏折的离轴多反波前测量方法，其特征在于，所述圆孔光阑与离轴多反光学系统焦点位置的标定，包括：
5.根据权利要求1所述的一种基于相位偏折的离轴多反波前测量方法，其特征在于，所述基于所述绝对相位，通过southwell区域法模型计算绝对相位相应位置处的波...
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