子孔径拼接检测方法的研究

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1、密级:博士学位论文子孔径拼接检测方法的研究作者姓名：陈一巍指导教师:杨怀江研究员中国科学院长春光学精密机械与物理研究所学位类别:理学博士学科专业:光学培养单位:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所2015年5月ResearchonSubapertureStitchingTestingMethodByChenYiweiADissertationSubmittedtoGraduateUniversityofChineseAcademyofSciencesInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegr

2、eeofDoctorofScienceChangchunInstituteofOptics,FineMechanicsandPhysicsMay,2015中国科学院大学博士学位论文：子孔径拼接检测方法的研究子孔径拼接检测方法的研究陈一巍（光学）导师：杨怀江研究员摘要孔径拼接检测方法是一种先分别测量待测镜面的多个局部面形，再将局部的测量结果进行拼接，从而得出待测镜面整体面形的检测方法。该方法的优势是能有效地扩大干涉仪的横向与纵向动态范围，使其能够检测非球面以及更大口径的球面和平面。然而，拼接过程中存在的定位误差导致面形检测精度的降低。如单纯地提

3、高子孔径的定位精度，势必使得采用子孔径拼接检测方法的成本大大增加。因此，如何在有限的机械定位精度下提高子孔径拼接检测方法的精度和质量，是子孔径拼接方法面临的问题。为了解决上述问题，本文重点研究对机械定位误差不敏感的拼接光路、补偿机械定位误差的全局优化算法以及减少高频面形信息损失的子孔径融合算法，从而提高面形的拼接检测精度以及高频面形信息的质量。本文的研究成果主要包括：（1）提出了基于无像差点法的子孔径拼接光路，其中被检测的非球面相对干涉仪不动，作为辅助元件的小球沿光轴方向移动，从而形成了各个同心的环形子孔径。因此，环形子孔径间的配准误差可以忽

4、略，优点是极大地降低了对小球的机械定位精度的要求，从而能在较低的机械定位精度下完成拼接检测。在设计出的子孔径拼接光路的基础上，完成了对应的拼接算法设计以及计算机仿真验证，最终形成了新的检测同轴非球面的环形子孔径拼接检测方法。（2）提出了利用小波变换对子孔径重叠区域进行融合的算法。该算法对高频面形信息和低频面形信息使用不同的方法进行融合子孔径重叠区域融合算法。其摘要中，对高频面形信息采用随机选取的方法进行融合，从而有效地保留了高频面形信息。（3）提出了使用图像锐化作为预处理的子孔径拼接算法。由于使用了图像锐化，面形的高频信息得到了加强，从而在机

5、械定位精度较高时，该算法仍能进一步补偿机械定位误差。（4）基于遗传算法提出了一种可以补偿较大机械定位误差的全局优化算法，解决了基于线性最小二乘的算法容易陷入局部最优的问题，从而降低对机械定位精度的要求。关键词：光学检测，干涉仪，大口径光学元件，非球面，子孔径拼接，无像差点法，小波变换，图像锐化，粒子群优化算法，遗传算法中国科学院大学博士学位论文：子孔径拼接检测方法的研究ResearchonSubapertureStitchingTestingMethodChenYiwei（Optics）DirectedbyProf.YangHuai-jian

6、gAbstractSub-aperturestitchingtestingmethodistotestdifferentpartsofanopticalsurfacerespectivelyandthenstitchthemtogethertogetawholetestingresultoftheopticalsurface.Itcanexpandthelateralandlongitudinaldynamicrangeoftheinterferometer,soitcanbeusedintestinglargeorasphericoptic

7、alsurface.However,itcanlowerthemeasuringprecision.Apparently,onewaytoimprovethemeasuringprecisionistoimprovethemechanicallocalizationaccuracy.However,themechanicallocalizationaccuracywillgreatlyincreasethecostofusingthesub-aperturestitchingtestingmethod.Therefore,itisthepro

8、blemfacedbythesub-aperturestitchingtestingmethodhowtoimprovetheaccuracyandqualityo