一种天文望远镜主镜面共相检测方法、系统及计算机设备

YNAO OpenIR > 应用天文研究组

	一种天文望远镜主镜面共相检测方法、系统及计算机设备
	曹进; 翟东升; 皮晓宇; 李语强
申请（专利权）人	中国科学院云南天文台
专利号	ZL202310648176.7
申请号	CN202310648176.7
	2023-08-01
申请日期	2023-06-02
公开（公告）号	CN116385547A ; CN116385547B
公开日期	2023-07-04
IPC 分类号	G06T7/73G06T7/181G06T7/64G06T7/66G06T5/00G06T3/00
授权国家	中国
专利类型	发明
专利状态	授权
授权日期	2023-08-01
学科领域	天文学 ; 天文学其他学科 ; 机械工程 ; 仪器仪表技术 ; 光学技术与仪器 ; 天文仪器
产权排序	1
摘要	本发明涉及光学镜面共相检测技术领域，解决了子镜之间的动态拼接状态易受环境影响而出现姿态微变现象的技术问题，尤其涉及一种天文望远镜主镜面共相检测方法、系统及计算机设备，该方法包括以下步骤：S1、获取主镜面在若干个子镜共相状态下的点云数据Q，并对点云数据Q进行滤波处理。本发明能够对子镜之间动态拼接的姿态微变进行实时检测，并能够直接定位至子镜出现姿态变化的具体位置，随后可校正系统控制位移促动器做运动补偿，使出现姿态微变的子镜能够根据共相标准进行快速调整自身的姿态，避免子镜之间出现连续的微小起伏现象，从而保证光学镜面的共相状态。
主权项	1.一种天文望远镜主镜面共相检测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤： S1、获取主镜面在若干个子镜共相状态下的点云数据Q，并对点云数据Q进行滤波处理； S2、根据点云数据Q拟合出主镜面在共相状态下的若干第一条曲线，并根据若干条第一曲线构建标准曲线网格； S3、获取待检测主镜面在任意时段下的点云数据P，并对点云数据P进行滤波处理； S4、根据点云数据P拟合出待检测主镜面的若干条第二曲线，并根据若干条第二曲线构建实际曲线网格； S5、判断与实际曲线网格中若干第二曲线相对应的第一曲线是否出现波动；若是，则第二曲线上的子镜出现位姿变化，随后进入步骤S6；若否，则结束并返回步骤S3； S6、根据第二曲线上的波动定位出现位姿变化的子镜在实际曲线网格中的所在位置。 2.根据权利要求1所述的天文望远镜主镜面共相检测方法，其特征在于，在步骤S2中，具体过程包括以下步骤： S21、确定共相状态下主镜面的中心坐标，并将中心坐标所在的子镜设为原点； S22、以原点为起点，采用最小二乘法沿若干个子镜之间所在的对接缝进行曲线拟合得到第一曲线； S23、以二维坐标系的X、Y轴方向分别联立若干个第一曲线构成标准曲线网格，并对标准曲线网格进行编号。 3.根据权利要求2所述的天文望远镜主镜面共相检测方法，其特征在于，在步骤S21中，具体过程包括以下步骤： S211、建立二维坐标系，并将点云数据Q投影到二维平面得到主镜面的平面点云； S212、采用alpha shapes算法在平面点云中提取主镜面外轮廓的边界点，并通过最小二乘法对边界点进行拟合得到主镜面的外轮廓线； S213、建立外轮廓线的椭圆方程，并计算外轮廓线的均方差和； S214、根据均方差和求解外轮廓线的中心坐标，即主镜面的中心坐标。 4.根据权利要求2所述的天文望远镜主镜面共相检测方法，其特征在于，在步骤S23中，具体过程包括以下步骤： S231、以主镜面的中心坐标为原点，并设立以原点为圆心、直径为R的圆O，令中心坐标所在的子镜内切于圆O； S232、中心坐标所在子镜为中心，以二维坐标系的X、Y轴向分别联立若干第一曲线相交，得到纵横向分布的标准曲线网格； S233、以圆O的圆心、半径为依次设立多个圆环，/>，N为圆环的个数； S234、对多个圆环进行依次编号，且以顺时针方向对任一圆环所覆盖的子镜进行依次编号，编号形式为：，i表示圆环的编号，n表示在第i个圆环中子镜的数量。 5.根据权利要求3所述的天文望远镜主镜面共相检测方法，其特征在于，在步骤S213中，椭圆方程的表达式为：，上式中，B、C、D、E、F均表示椭圆方程中的参数；均方差和的计算公式为：，上式中，N为常数，表示椭圆方程的个数，/>为外轮廓线的中心坐标。 6.根据权利要求1所述的天文望远镜主镜面共相检测方法，其特征在于，在步骤S5中，判断与实际曲线网格中若干第二曲线相对应的第一曲线是否出现波动，具体过程包括以下步骤： S51、在若干第一曲线和第二曲线上分别选取交点作为波动点和波动点/>； S52、计算第一曲线上所分布若干波动点的曲率/>； S53、计算第二曲线上所分布若干波动点的曲率/>； S54、判断曲率相对于曲率/>是否出现变化；若曲率等于曲率/>，则第二曲线未出现波动；若曲率大于或小于曲率/>，则第二曲线出现波动。 7.根据权利要求6所述的天文望远镜主镜面共相检测方法，其特征在于，在步骤S52中，波动点的曲率/>的计算公式为：，上式中，/>为弧/>的切线夹角，/>为弧/>的弧长。 8.一种用于实现上述权利要求1-7任一项所述的天文望远镜主镜面共相检测方法的系统，其特征在于，该系统包括：第一获取模块（100），所述第一获取模块（100）用于获取主镜面在若干个子镜共相状态下的点云数据Q，并对点云数据Q进行滤波处理；标准曲线网格构建模块（200），所述标准曲线网格构建模块（200）用于根据点云数据Q拟合出主镜面在共相状态下的若干第一条曲线，并根据若干条第一曲线构建标准曲线网格；第二获取模块（300），所述第二获取模块（300）用于获取待检测主镜面在任意时段下的点云数据P，并对点云数据P进行滤波处理；实际曲线网格构建模块（400），所述实际曲线网格构建模块（400）用于根据点云数据P拟合出待检测主镜面的若干条第二曲线，并根据若干条第二曲线构建实际曲线网格；波动判断模块（500），所述波动判断模块（500）用于判断与实际曲线网格中若干第二曲线相对应的第一曲线是否出现波动；定位模块（600），所述定位模块（600）用于根据第二曲线上的波动定位出现位姿变化的子镜在实际曲线网格中的所在位置。 9.一种计算机设备，其特征在于，包括处理器和存储器，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述的天文望远镜主镜面共相检测方法。
语种	中文
专利代理人	王清娟
代理机构	北京腾远知识产权代理事务所（普通合伙）
文献类型	专利
条目标识符	http://ir.ynao.ac.cn/handle/114a53/26106
专题	应用天文研究组
作者单位	中国科学院云南天文台, 云南省昆明市官渡区羊方旺396号
第一作者单位	中国科学院云南天文台
推荐引用方式 GB/T 7714	曹进,翟东升,皮晓宇,等. 一种天文望远镜主镜面共相检测方法、系统及计算机设备. ZL202310648176.7[P]. 2023-08-01.

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文件名称/大小	文献类型	版本类型	开放类型	使用许可
CN116385547A-一种天文望远镜（848KB）	专利		开放获取	CC BY-NC-SA	浏览请求全文
CN116385547B-一种天文望远镜（879KB）	专利		开放获取	CC BY-NC-SA	浏览请求全文