CN107504918A - 射电望远镜面形测量方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种射电望远镜面形测量方法和装置，其中，该方法通过在主反射面的分块面板角上设置合作目标，并基于在预设坐标系下预先标定的相机阵列确定抛物面中各合作目标坐标，再对面板图片中的合作目标进行质心提取，获得合作目标的有效质心位置，以解算各合作目标的空间坐标并进行抛物面拟合，最后对比拟合抛物面与合作目标空间坐标确定抛物面面形数据。本发明测量速度快，精度高，且数据处理量小，能够广泛适应于大型射电望远镜主反射面面形的测量，以及类似的大视场物体的测量。

Description

射电望远镜面形测量方法和装置

技术领域

本发明涉及望远镜面形检测技术领域，具体而言，涉及一种射电望远镜面形测量方法和装置。

背景技术

射电望远镜的反射面面形精度直接影响天线的方向图、增益与口面效率等，因此主反射面面形测量对于建设大口径天文望远镜以及保证望远镜性能有着重要的意义。但现有的测量大型抛物面主反射面面形的方法如激光测距法、射电全息法和数字摄影法等均存在不足，其中，激光测距法需要采集的目标点繁多、且需要不停做扫描运动，测量时间较长，受环境影响大，射电全息法对测量环境的依赖较大，取法保证测量精度，且测量周期长、成本高。数字摄影法仅适用于小型射电望远镜的面形测量，且其测量周期长，数据处理量大，加之图片中缺乏标志点，图片匹配难度大，匹配精度不高。因此，对于本领域技术而言，亟须一种测量范围大、测量精度高、测量速度快，且测量结构简单的测量方式实现对于大型抛物面射电望远镜主反射面的面形测量。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种射电望远镜面形测量方法和装置，能够有效解决上述问题。

一方面，本发明较佳实施例提供一种射电望远镜面形测量方法，应用于射电望远镜面形测量系统中，所述射电望远镜面形测量系统包括设置于射电望远镜主反射面的多个合作目标、设置于馈源处的多个靶标标志点以及设置于副反射面边缘处的相机阵列，所述相机阵列包括多个相机组，且相邻相机组中对应位置处的相机分别构成内圈双目子系统和外圈双目子系统，所述多个合作目标包括用于表征该主反射面面形的第一合作目标组和用于体现密度异常特征的第二合作目标组，所述射电望远镜面形测量方法包括：

基于预设坐标系和多个靶标标志点，对各所述内圈双目子系统中的内圈相机和各外圈双目子系统中的外圈相机进行标定，以得到内圈相机和外圈相机在所述预设坐标系下对应的空间坐标、旋转矩阵与平移向量；

获取由标定后的各内圈双目子系统拍摄的所述主反射面中不同面板的多个第一面板图片，以及由坐标标定后的各外圈双目子系统拍摄的所述主反射面中不同面板的多个第二面板图片；

分别对多个所述第一面板图片和多个所述第二面板图片中的各合作目标进行编号，并根据各所述合作目标的编号对所述多个第一面板图片和多个第二面板图片进行一一匹配处理，以形成多个第一面板图片组；

针对各所述内圈双目子系统中的每个内圈双目子系统以及各所述外圈双目子系统中的每个外圈双目子系统，根据各内圈相机和各外圈相机在所述预设坐标系下的空间坐标、旋转矩阵与平移向量计算各合作目标的空间坐标；

判断多个所述合作目标中是否存在公共合作目标，若存在，则删除该公共合作目标；

根据所述多个合作目标在所述预设坐标系下的空间坐标将剩余各合作目标进行抛物面拟合，以得到所述射电望远镜主反射面的面形数据。

另一方面，本发明较佳实施例还提供一种射电望远镜面形测量装置，应用于射电望远镜面形测量系统中，所述射电望远镜面形测量系统包括设置于射电望远镜主反射面的多个合作目标、设置于馈源处的多个靶标标志点以及设置于副反射面边缘处的相机阵列，所述相机阵列包括多个相机组，且相邻相机组中对应位置处的相机分别构成内圈双目子系统和外圈双目子系统，所述多个合作目标包括用于表征该主反射面面形的第一合作目标组和用于体现密度异常特征的第二合作目标组，所述射电望远镜面形测量装置包括：

坐标标定模块，用于基于预设坐标系和多个靶标标志点，对各所述内圈双目子系统中的内圈相机和各外圈双目子系统中的外圈相机进行标定，以得到内圈相机和外圈相机在所述预设坐标系下对应的空间坐标、旋转矩阵与平移向量；

图片获取模块，用于获取由标定后的各内圈双目子系统拍摄的所述主反射面中不同面板的多个第一面板图片，以及由坐标标定后的各外圈双目子系统拍摄的所述主反射面中不同面板的多个第二面板图片；

匹配处理模块，用于分别对多个所述第一面板图片和多个所述第二面板图片中的各合作目标进行编号，并根据各所述合作目标的编号对所述多个第一面板图片和多个第二面板图片进行一一匹配处理，以形成多个第一面板图片组；

坐标转换模块，用于针对各所述内圈双目子系统中的每个内圈双目子系统以及各所述外圈双目子系统中的每个外圈双目子系统，根据各内圈相机和各外圈相机在所述预设坐标系下的空间坐标、旋转矩阵与平移向量计算各合作目标的空间坐标；

判断模块，用于判断多个所述合作目标中是否存在公共合作目标，若存在，则删除该公共合作目标；

坐标拟合模块，用于根据所述多个合作目标在所述预设坐标系下的空间坐标将剩余各合作目标进行抛物面拟合，以得到所述射电望远镜主反射面的面形数据。

本发明提供一种基于射电望远镜面形测量系统实现的射电望远镜面形测量方法和装置，该方法通过区域分割以及相机阵列中内、外圈相机视场覆盖重合区域的方式，实现对射电望远镜主反射面的面形测量，并在保证面形测量精度的前提下，有效简化了测量流程，扩大了测量范围，降低了面形测量数据量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的射电望远镜面形测量系统的方框结构示意图。

图2为本发明实施例提供的射电望远镜面形测量系统的结构示意图。

图3为图2中所示的馈源的结构示意图。

图4为本发明实施例提供的相机阵列中相邻相机组的视场覆盖区域示意图。

图5为本发明实施例提供的合作目标的结构示意图。

图6为本发明实施例提供的射电望远镜面形测量方法的流程示意图。

图7为本发明实施例提供的射电望远镜面形测量方法的子流程示意图。

图8为本发明实施例提供的射电望远镜的主反射面的面形数据示意图。

图9为本发明实施例提供的相机阵列中相邻相机组的另一视场覆盖区域示意图。

图标：10-射电望远镜面形测量系统；11-终端设备；110-射电望远镜面形测量装置；120-存储器；130-存储控制器；140-处理器；100-匀化玻璃；200-镜框；300-光源；400-靶标标志点；500-相机阵列；20-射电望远镜；210-主反射面；220-副反射面；230-馈源；231-第一圆台；232-第二圆台。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

请结合参阅图1和图2，所述射电望远镜面形测量系统10应用于射电望远镜20的面形测量，其中，所述射电望远镜20包括主反射面210、设置于该主反射面210中心处的馈源230，以及设置于该馈源230正上方的副反射面220。另外，图2中的所示的240为主反射面210的径向，250为主反射面210的周向，260为主反射面210的轴向。可选地，如图3所示，所述馈源230包括第一圆台231和设置于该第一圆台231中心的第二圆台232。

进一步地，所述射电望远镜面形测量系统10包括终端设备11、多个合作目标、多个靶标标志点400以及由多个相机组构成的相机阵列500，每个所述相机组包括至少两个相机，多个所述相机组分别与所述终端设备11连接以实现数据传输，且多个相机组分别设置于所述副反射面220的边缘且朝向所述主反射面210，多个所述合作目标分别设置于所述主反射面210的多条径向线或多条周向线以用于表征该主反射面210的面形，所述多个靶标标志点400分别设置于所述馈源230。

其中，如图4所示，假设各所述相机组分别包括4个相机，即各所述相机组分别包括两个内圈相机和两个外圈相机，那么，在实际实施时，各相邻相机组中对应位置处的内圈相机构成内圈双目子系统，各相邻相机组中对应位置处的外圈相机构成外圈双目子系统，且在相邻相机组中，外圈双目子系统的视场与内圈双目子系统的视场具有重叠区域，同时，所述相机阵列500中的各相机的视场区域完全覆盖所述主反射面210的面形。

可选地，所述各相机组等间隔设置于所述副反射面220的边缘且朝向所述主反射面210，且各所述相机组关于所述副反射面220的中心对称，具体如图4所示。

进一步地，根据实际需求，多个所述合作目标包括第一合作目标组和第二合作目标组。其中，假设延所述主反射面210的多条径向线和多条周向线对该主反射面210进行等间隔划分，可形成多个如图2中所示的面板，那么，所述第一合作目标组中的各合作目标可分别设置于所述主反射面210的多条径向线和多条周向线的交叉点，即各所述面板的四个角，所述第二合作目标组中的各合作目标的设置位置根据所述内、外圈相机的视场重叠区域确定(如图2中的5、12、13所示的视场区域)，以用于形成相对于所述第一合作目标组的异常密度点，进行公共合作目标的判定。

在此应理解，多条所述周向线或多条所述径向线为等间隔划分，且各周向线或径向线上的多个合作目标为等间隔设置，不同周向线或径向线上的各合作目标的位置对应。

可选地，为了便于对通过所述相机阵列500获取的面板图像进行有效分析，所述合作目标可以为，但不限于自发光多边形合作目标。其中，如图5所示，为该自发光多边形合作目标的结构示意图，所述自发光多边形合作目标包括六边形匀化玻璃100，设置于该六边形匀化玻璃100四周的镜框200，以及设置于所述六边形匀化玻璃100中的至少一个光源300。

进一步地，请再次参阅图3，在本实施例中，所述多个靶标标志点400包括第一靶标标志组和第二靶标标志组，且所述第一靶标标志组中的各靶标标志点400均匀分布于所述第二圆台232远离所述第一圆台231的一侧，所述第二靶标标志组中的各靶标标志点400均匀分布于所述第一圆台231靠近所述第二圆台232且未被第二圆台232覆盖的区域。根据实际需求，位于所述第一圆台231上的各靶标标志点400与位于所述第二圆台232上的各靶标标志点400一一对应，且位于所述第一圆台231上的靶标标志点400与位于所述第二圆台232对应位置处的靶标标志点400之间的距离可大于500mm。

可选地，在本实施例中，所述第一靶标标志组和第二靶标标志组可各自包括6个靶标标志点400，且各靶标标志点400均匀且等间隔分布于所述第一圆台231或第二圆台232。

进一步地，请再次参阅图1，所述终端设备11包括射电望远镜面形测量装置110、存储器120、存储控制器130以及处理器140。其中，所述存储器120、存储控制器130、处理器140各元件相互之间直接或间接地电性连接，以实现数据的传输或交互。例如，这些元件之间通过一条或多条通讯总线或信号线实现电性连接。所述射电望远镜面形测量装置110包括至少一个可以软件或固件的形式存储于所述存储器120中的操作系统中的软件功能模块。所述处理器140在所述存储控制器130的控制下访问所述存储器120，以用于执行所述存储器120中存储的可执行模块，例如所述射电望远镜面形测量装置110所包括的软件功能模块及计算机程序等。可选地，所述终端设备11可以是，但不限于智能手机、IPAD、电脑、服务器等。

应当理解，图2所示的结构仅为示意。所述终端设备11可以具有比图2所示更多或者更少的组件，或者具有与图2所示不同的配置。其中，图2所示的各组件可以由软件、硬件或者其组合实现。

基于上述描述，在本实施例中，若以所述相机阵列500中的相邻两个相机组为例，对所述内圈双目子系统中的各内圈相机的标定过程进行介绍。假设每个相机组包括两个内圈相机和两个外圈相机，如图4所示，相邻的两组相机组中，编号为4、6、8和10的相机为外圈相机，编号为5、7、9、11的相机为内圈相机，因此，可以取相机6和8构成外圈双目子系统，相机7和9构成内圈双目子系统，且该内圈双目子系统的视场覆盖区域与所述外圈双目子系统的视场覆盖区域具有重叠。在此应注意，重叠区域应保证至少有4个合作目标(第一合作目标组)，且该重叠区域的中心面板边缘上至少有3个合作目标(第二合作目标组)。

另外，图2中示出的相机视场覆盖区域12、13、14和15中分别为编号为6、8、7、9号相机的视场覆盖区域，16为12、13、14、15重合区域中心面板边缘上设置的合作目标；17为合作目标16左端节点处设置的合作目标，18为12、13、14、15重合区域内相互之间距离最大的4个合作目标。此外，相机6、7、8和9的视场覆盖所述射电望远镜20的径向区域，另外，相机7和相机9的视场可同时覆盖设置于馈源230处的所述靶标标志点400。

进一步地，如图6所示，是本发明较佳实施例提供的应用于所述射电望远镜面形测量系统10的射电望远镜面形测量方法的流程示意图。具体地，所述射电望远镜面形测量方法的具体步骤由所述射电望远镜面形测量系统10中的终端设备11执行。下面将结合图6对所述射电望远镜20面形测量方法的具体流程及步骤进行详细阐述。

步骤S110，基于预设坐标系和多个靶标标志点400，对各所述内圈双目子系统中的内圈相机和各外圈双目子系统中的外圈相机进行标定，以得到内圈相机和外圈相机在所述预设坐标系下对应的空间坐标、旋转矩阵与平移向量。

可选地，所述预设坐标系可以为，但不限于世界坐标系。具体地，在本实施例中，首先利用内圈相机组获得的靶标图片求解内圈相机组坐标系转换到世界坐标系下的旋转矩阵与平移向量，再基于内外圈相机获取二者视场覆盖重合区域的面板图片，求解外圈相机组坐标系转换到内圈相机组坐标系的旋转矩阵与平移向量，再求解出外圈相机组坐标系转换到世界坐标系的旋转矩阵和平移向量实现标定传递，以完成阵列相机系统的标定。具体地，如图7所示，对各所述内圈双目子系统中的内圈相机进行标定，以得到内圈相机在所述预设坐标系下的空间坐标、旋转矩阵与平移向量的过程可通过以下子步骤实现。

子步骤S1100，针对各内圈双目子系统中的每个内圈双目子系统，获取该内圈双目子系统拍摄的所述多个靶标标志点400的靶标图片。

子步骤S1101，根据该靶标图片以及各靶标标志点400的预设空间坐标，计算将所述内圈双目子系统中的各内圈相机的预设空间坐标转换为预设坐标系下的第一空间坐标、第一旋转矩阵和第二平移向量，以完成对所述各内圈双目子系统的标定。

在本实施例中，请再次参阅图2，假设以相机7和9构成的内圈双目子系统为例，获取该双目子系统拍摄的位于馈源230处的靶标标志点400的靶标图片，其中，由于各所述靶标标志点400在预设坐标系下的坐标值已经确定，即上述的预设空间坐标。那么，通过对所述靶标图片中的各靶标标志点400信息进行提取分析，以基于各靶标标志点400的预设空间坐标计算对应内圈双目子系统中的各内圈相机在所述预设坐标系下的第一空间坐标，以及根据该第一空间坐标进一步得出将各内圈相机的坐标转换至预设坐标系系的第一旋转矩阵和第一平移向量，以完成对所述内圈双目子系统中的各内圈相机的标定。其中，所述预设空间坐标、所述第一空间坐标均可以为三维坐标。另外，其他相机组中的各内圈相机的标定方法与上述步骤相同，本实施例在此不再赘述。

进一步地，可基于已经完成标定的内圈双目子系统对外圈双目子系统进行标定，以得到外圈相机在所述预设坐标系下的空间坐标，下面将结合图7对其详细流程进行介绍。

子步骤S1102，针对各内圈双目子系统中的每个内圈双目子系统和各外圈双目子系统中的每个内圈双目子系统，分别获取该内圈双目子系统拍摄的所述主反射面210的第三面板图片，以及所述外圈双目子系统拍摄的主反射面210的第四面板图片。在此应理解，相邻相机组中的外圈双目子系统和内圈双目子系统拍摄的主反射面210图片具有相同的重合区域。

子步骤S1103，分别对多个所述第三面板图片和多个所述第四面板图片中的合作目标进行编号，并基于编号后的合作目标及其编号对多个所述第三面板图片和多个所述第四面板图片进行一一匹配处理，以形成多个第二面板图片组。实际实施时，分别对多个所述第一面板图片和多个所述第二面板图片中的各合作目标进行编号的过程包括以下子步骤。

子步骤S11030，识别各面板图片中密度最高的一行合作目标作为待编号对象。

子步骤S11031，以该待编号对象的任意一端的合作目标为原点，以望远镜主反射面210的周向250为x轴，径向240为y轴，每增加一个合作目标，编号加1。

具体地，由于在设置各合作目标时，预先将第二合作目标组中的部分合作目标设置在相邻相机组中的内圈双目子系统和外圈双目子系统的视场重叠区域，因此，所述密度最高的一行合作目标即为该第二合作目标组中的部分合作目标。其中，以图2为例，在识别出所述第三面板图片/第四面板图片中密度最高的一行合作目标后，作为待编号对象，并以任意一端的合作目标为原点，以望远镜主反射面210的周向250为x轴，径向240为y轴，每增加一个合作目标，编号加1。例如，假设密度最高的一行合作目标为12，那么以其最左端的合作目标17为原点，周向250为x轴，径向240为y轴，每增加一个合作目标，编号加1。在此应注意，对不同面板图片中的各合作目标进行编号时，编号方式应相同。

进一步地，若两幅面板图片中的合作目标的编号相同，即该相同编号的合作目标为公共合作目标，进而根据公共合作目标完成对多个所述第三面板图片和多个所述第四面板图片进行一一匹配处理，形成多个第二面板图片组。

步骤S1104，针对每个第二面板图片组中编号相同的多个合作目标，从该多个合作目标中选取至少3个合作目标，并基于获取该第二面板图片组中的各内圈相机的空间坐标计算所述至少3个合作目标的空间坐标。其中，从编号相同的合作目标中选取的至少3个合作目标可选择相互距离最大的3到4个。

步骤S1105，分别计算将所述至少3个合作目标的空间坐标转换为所述预设坐标系下的第二空间坐标、第二旋转矩阵和第二平移向量。

步骤S1106，根据所述至少3个合作目标在所述预设坐标系的第二空间坐标、第二旋转矩阵和第二平移向量计算与其对应的外圈双目子系统中的各外圈相机在所述预设坐标系下的第三空间坐标、第三旋转矩阵和第三平移向量，以完成对所述外圈双目子系统中外圈相机的标定。

在此应理解，所述相机阵列500中的各外圈相机的标定方法相同，均可参照上述描述，本实施例在此不再赘述。另外，在标定过程中，应根据各外圈相机自身拍摄的面板图片对自身的坐标进行标定，例如，可通过相机6和相机8拍摄的面板图片对相机6和相机8进行标定。

基于上述内、外圈相机的标定即可完成所述相机阵列500整体在预设坐标系下的空间坐标、旋转矩阵和平移向量，以用于后续的射电望远镜面形测量。

步骤S120，获取由标定后的各内圈双目子系统拍摄的所述主反射面210中不同面板的多个第一面板图片，以及由坐标标定后的各外圈双目子系统拍摄的所述主反射面210中不同面板的多个第二面板图片。

步骤S130，分别对多个所述第一面板图片和多个所述第二面板图片中的各合作目标进行编号，并根据各所述合作目标的编号对所述多个第一面板图片和多个第二面板图片进行一一匹配处理，以形成多个第一面板图片组。

在此应注意，对各合作目标进行编号时所采用的方式可与上述步骤S240中的编号方式和面板图片的匹配方式相同，如首先识别各面板图片中密度最高的一行合作目标作为待编号对象，再以该待编号对象的任意一端的合作目标为原点，以望远镜主反射面210的周向250为x轴，径向240为y轴，每增加一个合作目标，编号加1，最后根据编号相同的合作目标实现对各面板图片的匹配，得到第一面板图片组，具体地本实施例在此不再赘述。

此外，本实施例中，在对获取到的各第一面板图片、第二面板图片中的各合作目标进行编号以及图片匹配时，可先对各第一面板图片、第二面板图片进行去噪、质心提取等图像处理，以获得各合作目标的有效质心位置，以保证后续的面形测量数据的准确性。

步骤S140，针对各所述内圈双目子系统中的每个内圈双目子系统以及各所述外圈双目子系统中的每个外圈双目子系统，根据各内圈相机和各外圈相机在所述预设坐标系下的空间坐标、旋转矩阵与平移向量计算各合作目标的空间坐标。

其中，再次以相机6和相机8构成的外圈双目子系统以及相机7和9构成内圈双目子系统为例进行介绍。首先需根据预先标定的相机6、7、8和9在预设坐标系下的空间坐标，计算其对应的第一面板图片和第二面板图片中的各合作目标在预设坐标系下的空间坐标，进而通过相同方式求取其他第一面板图片组中的各合作目标在预设坐标系下的空间坐标，完成对所有合作目标的坐标标定。应理解，在此不区分各合作目标是属于第一合作目标组或第二合作目标组。

步骤S150，判断多个所述合作目标中是否存在公共合作目标，若存在，则删除该公共合作目标。

在此应理解，可通过判断多个合作目标中，是否存在两个合作目标之间的空间坐标差值小于预设阈值，若存在，则判定所述两个合作目标为公共合作目标，则删除该合作目标。

其中，由于第二合作目标组为预设的且均位于相邻相机组中的内圈双目子系统和外圈双目子系统的视场重叠区域，以用于进行相机阵列500的坐标标定，因此，若各相机组中的各相机的标定足够准确，且获取的多个所述第一面板图片和第二面板图片的精度足够高，则可直接将编号相同的合作目标判定为公共合作目标进行删除，换言之，所述预设阈值可以为0。

步骤S160，根据所述多个合作目标在所述预设坐标系下的空间坐标将剩余各合作目标进行抛物面拟合，以得到所述射电望远镜20的主反射面210的面形数据。

具体地，在删除各第一面板图片和第二面板图片中的公共合作目标后，剩余的合作目标的空间坐标不变，以用于计算射电望远镜20的主反射面210的面形数据。可选地，在进行抛物面拟合之前，可根据相机阵列500中的各相机组的位置关系或编号后的合作目标等，将各第一面板图片和第二面板图片进行拼接，再基于拼接结果对剩余的各合作目标的空间坐标进行拟合，从而得到如图8所示的所述射电望远镜20主反射面210在预设坐标系下的面形数据。

进一步地，在实际实施时，若射电望远镜20的面形尺寸进一步增大，通过调节相机阵列500中的各相机的视场、焦距等均无法满足视场覆盖重叠要时，可通过采用更大规模的相机阵列500实现面形测量，其中，该相机阵列500中相邻相机组中的相机视场覆盖区域如图9所示。其中，扇形区域19为径向240夹角为α的主反射面210区域的俯视图，21、22、23分别为内圈、中圈、外圈相机视场覆盖区域俯视图，应理解，在对相机阵列500中的各相机进行标定以及面形测量时所采用的标定与测量方法与本实施例给出的上述方法流程类似，只是增加了中圈相机的标定传递过程，本实施例在此不再赘述。

进一步地，本实施例提供的射电望远镜面形测量装置110包括坐标标定模块、图片获取模块、匹配处理模块、坐标转换模块、判断模块和坐标拟合模块。

所述坐标标定模块，用于基于预设坐标系和多个靶标标志点400，对各所述内圈双目子系统中的内圈相机和各外圈双目子系统中的外圈相机进行标定，以得到内圈相机和外圈相机在所述预设坐标系下对应的空间坐标、旋转矩阵与平移向量。本实施例中，关于所述坐标标定模块的描述具体可参考对图6中所示的步骤S110的详细描述，也即，所述步骤S110可以由所述坐标标定模块执行。根据实际需求，所述坐标标定模块包括靶标图片获取单元、内圈相机标定单元、面板图片获取单元、编号匹配单元、空间坐标转换单元、坐标计算单元和外圈相机标定单元。

所述靶标图片获取单元，用于针对各内圈双目子系统中的每个内圈双目子系统，获取该内圈双目子系统拍摄的所述多个靶标标志点400的靶标图片。本实施例中，关于所述靶标图片获取单元的描述具体可参考对图7中所示的步骤S1100的详细描述，也即，所述步骤S1100可以由所述靶标图片获取单元执行。

所述内圈相机标定单元，用于根据该靶标图片以及各靶标标志点400的预设空间坐标，计算将所述内圈双目子系统中的各内圈相机的预设空间坐标转换为预设坐标系下的第一空间坐标、第一旋转矩阵和第二平移向量，以完成对所述各内圈双目子系统的标定。本实施例中，关于所述内圈相机标定单元的描述具体可参考对图7中所示的步骤S1101的详细描述，也即，所述步骤S1101可以由所述内圈相机标定单元执行。

所述面板图片获取单元，用于针对各内圈双目子系统中的每个内圈双目子系统和各外圈双目子系统中的每个内圈双目子系统，分别获取该内圈双目子系统拍摄的所述主反射面210的第三面板图片，以及所述外圈双目子系统拍摄的主反射面210的第四面板图片。本实施例中，关于所述面板图片获取单元的描述具体可参考对图7中所示的步骤S1102的详细描述，也即，所述步骤S1102可以由所述面板图片获取单元执行。

所述编号匹配单元，用于分别对多个所述第三面板图片和多个所述第四面板图片中的合作目标进行编号，并基于编号后的合作目标及其编号对多个所述第三面板图片和多个所述第四面板图片进行一一匹配处理，以形成多个第二面板图片组。本实施例中，关于所述编号匹配单元的描述具体可参考对图7中所示的步骤S1103的详细描述，也即，所述步骤S1103可以由所述编号匹配单元执行。

所述空间坐标转换单元，用于针对每个第二面板图片组中编号相同的多个合作目标，从该多个合作目标中选取至少3个合作目标，并基于获取该第二面板图片组中的各内圈相机的空间坐标计算所述至少3个合作目标的空间坐标。本实施例中，关于所述空间坐标转换单元的描述具体可参考对图7中所示的步骤S1104的详细描述，也即，所述步骤S1104可以由所述空间坐标转换单元执行。

所述坐标计算单元，用于分别计算将所述至少3个合作目标的空间坐标转换为所述预设坐标系下的第二空间坐标、第二旋转矩阵和第二平移向量。本实施例中，关于所述坐标计算单元的描述具体可参考对图7中所示的步骤S1105的详细描述，也即，所述步骤S1105可以由所述空间坐标计算单元执行。

所述外圈相机标定单元，用于根据所述至少3个合作目标在所述预设坐标系的第二空间坐标、第二旋转矩阵和第二平移向量计算与其对应的外圈双目子系统中的各外圈相机在所述预设坐标系下的第三空间坐标、第三旋转矩阵和第三平移向量，以完成对所述外圈双目子系统中外圈相机的标定。本实施例中，关于所述外圈相机标定单元的描述具体可参考对图7中所示的步骤S1106的详细描述，也即，所述步骤S1106可以由所述外圈相机标定单元执行。

所述图片获取模块，用于获取由标定后的各内圈双目子系统拍摄的所述主反射面210中不同面板的多个第一面板图片，以及由坐标标定后的各外圈双目子系统拍摄的所述主反射面210中不同面板的多个第二面板图片。本实施例中，关于所述图片获取模块的描述具体可参考对图6中所示的步骤S120的详细描述，也即，所述步骤S120可以由所述图片获取模块执行。

所述匹配处理模块，用于分别对多个所述第一面板图片和多个所述第二面板图片中的各合作目标进行编号，并根据各所述合作目标的编号对所述多个第一面板图片和多个第二面板图片进行一一匹配处理，以形成多个第一面板图片组。本实施例中，关于所述匹配处理模块的描述具体可参考对图6中所示的步骤S130的详细描述，也即，所述步骤S130可以由所述匹配处理模块执行。

所述坐标转换模块，用于针对各所述内圈双目子系统中的每个内圈双目子系统以及各所述外圈双目子系统中的每个外圈双目子系统，根据各内圈相机和各外圈相机在所述预设坐标系下的空间坐标、旋转矩阵与平移向量计算各合作目标的空间坐标。本实施例中，关于所述坐标转换模块的描述具体可参考对图6中所示的步骤S140的详细描述，也即，所述步骤S140可以由所述坐标转换模块执行。

所述判断模块，用于判断多个所述合作目标中是否存在公共合作目标，若存在，则删除该公共合作目标。本实施例中，关于所述判断模块的描述具体可参考对图6中所示的步骤S150的详细描述，也即，所述步骤S150可以由所述判断模块执行。

所述坐标拟合模块，用于根据所述多个合作目标在所述预设坐标系下的空间坐标将剩余各合作目标进行抛物面拟合，以得到所述射电望远镜20主反射面210的面形数据。本实施例中，关于所述坐标拟合模块的描述具体可参考对图6中所示的步骤S160的详细描述，也即，所述步骤S160可以由所述坐标拟合模块执行。

综上所述，本发明提供一种基于射电望远镜面形测量系统10实现的射电望远镜面形测量方法和装置，该方法通过区域分割以及相机阵列500中内、外圈相机视场覆盖重合区域的方式，实现对射电望远镜20的主反射面210的面形测量，并在保证面形测量精度的前提下，有效简化了测量流程，扩大了测量范围，降低了面形测量数据量。具体如下。

(1)本发明利用区域分割的方式，在保证测量精度的前提下，降低对相机视场、焦距、双目子系统基线长等的要求。同时，基于内、外圈视场覆盖重合区域和双目子系统重合区域简化了在进行面形测量是的测量系统结构，减少标定与测量流程，最后采用视场拼接实现测量数据融合，完成大型射电望远镜20的主反射面210面形测量，极大扩大了测量范围，简化了测量结构。

(2)本发明利用对称的相机安装形式和双层环形的靶标结构实现对望远镜主反射面210面形的测量及测量系统中各部件的标定，有效简化了射电望远镜面形测量系统10，减少了数据处理量。

(3)本发明利用标定与测量的关系以及内、外圈相机系统的视场覆盖重合区域实现标定的传递，极大的简化了射电望远镜面形测量系统10的标定结构以及测量流程。

(4)本发明利用编号匹配的方式实现面板图片的匹配，以及通过在重叠区域中心面板边缘设置多个合作目标以形成密度异常特征，极大的方便了编号原点的设定，简化了图片匹配步骤，缩短了图片匹配时间。

(5)本发明利用安装在反射面板节点处的高性能合作目标，获得高信噪比的合作目标信息，提高了系统的测量精度。

(6)本发明利用阵列相机同时拍摄主反射面210面板图片，能够确保射电望远镜面形测量系统10在测量过程中的同步性，使测量数据具备实时性。

在本发明的描述中，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明实施例所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其他方式实现。以上所描述的装置和方法实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的预设数量个实施例的装置、方法和计算机程序产品可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分。所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或预设数量个用于实现规定的逻辑功能。

也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种射电望远镜面形测量方法，应用于射电望远镜面形测量系统中，其特征在于，所述射电望远镜面形测量系统包括设置于射电望远镜主反射面的多个合作目标、设置于馈源处的多个靶标标志点以及设置于副反射面边缘处的相机阵列，所述相机阵列包括多个相机组，且相邻相机组中对应位置处的相机分别构成内圈双目子系统和外圈双目子系统，所述多个合作目标包括用于表征该主反射面面形的第一合作目标组和用于体现密度异常特征的第二合作目标组，所述射电望远镜面形测量方法包括：

基于预设坐标系和多个靶标标志点，对各所述内圈双目子系统中的内圈相机和各外圈双目子系统中的外圈相机进行标定，以得到内圈相机和外圈相机在所述预设坐标系下对应的空间坐标、旋转矩阵与平移向量；

获取由标定后的各内圈双目子系统拍摄的所述主反射面中不同面板的多个第一面板图片，以及由坐标标定后的各外圈双目子系统拍摄的所述主反射面中不同面板的多个第二面板图片；

分别对多个所述第一面板图片和多个所述第二面板图片中的各合作目标进行编号，并根据各所述合作目标的编号对所述多个第一面板图片和多个第二面板图片进行一一匹配处理，以形成多个第一面板图片组；

针对各所述内圈双目子系统中的每个内圈双目子系统以及各所述外圈双目子系统中的每个外圈双目子系统，根据各内圈相机和各外圈相机在所述预设坐标系下的空间坐标、旋转矩阵与平移向量计算各合作目标的空间坐标；

判断多个所述合作目标中是否存在公共合作目标，若存在，则删除该公共合作目标；

根据所述多个合作目标在所述预设坐标系下的空间坐标将剩余各合作目标进行抛物面拟合，以得到所述射电望远镜主反射面的面形数据。

2.根据权利要求1所述的射电望远镜面形测量方法，其特征在于，对各所述内圈双目子系统中的内圈相机进行标定，以得到内圈相机在所述预设坐标系下的空间坐标、旋转矩阵与平移向量的步骤包括：

针对各内圈双目子系统中的每个内圈双目子系统，获取该内圈双目子系统拍摄的所述多个靶标标志点的靶标图片；

根据该靶标图片以及各靶标标志点的预设空间坐标，计算将所述内圈双目子系统中的各内圈相机的预设空间坐标转换为预设坐标系下的第一空间坐标、第一旋转矩阵和第二平移向量，以完成对所述各内圈双目子系统的标定。

3.根据权利要求2所述的射电望远镜面形测量方法，其特征在于，对各所述外圈双目子系统中的外圈相机进行标定，以得到外圈相机在所述预设坐标系下的空间坐标的步骤包括：

针对各内圈双目子系统中的每个内圈双目子系统和各外圈双目子系统中的每个内圈双目子系统，分别获取该内圈双目子系统拍摄的所述主反射面的第三面板图片，以及所述外圈双目子系统拍摄的主反射面的第四面板图片；

分别对多个所述第三面板图片和多个所述第四面板图片中的合作目标进行编号，并基于编号后的合作目标及其编号对多个所述第三面板图片和多个所述第四面板图片进行一一匹配处理，以形成多个第二面板图片组；

针对每个第二面板图片组中编号相同的多个合作目标，从该多个合作目标中选取至少3个合作目标，并基于获取该第二面板图片组中的各内圈相机的第一空间坐标计算所述至少3个合作目标的空间坐标；

分别计算将所述至少3个合作目标的空间坐标转换为所述预设坐标系下的第二空间坐标、第二旋转矩阵和第二平移向量；

根据所述至少3个合作目标在所述预设坐标系的第二空间坐标、第二旋转矩阵和第二平移向量计算与其对应的外圈双目子系统中的各外圈相机在所述预设坐标系下的第三空间坐标、第三旋转矩阵和第三平移向量，以完成对所述外圈双目子系统中外圈相机的标定。

4.根据权利要求1所述的射电望远镜面形测量方法，其特征在于，判断多个合作目标中的是否存在公共合作目标的步骤包括：

判断多个合作目标中，是否存在两个合作目标之间的空间坐标差值小于预设阈值，若存在，则判定所述两个合作目标为公共合作目标。

5.根据权利要求1所述的射电望远镜面形测量方法，其特征在于，分别对多个所述第一面板图片和多个所述第二面板图片中的各合作目标进行编号的步骤包括：

识别各面板图片中密度最高的一行合作目标作为待编号对象；

以该待编号对象的任意一端的合作目标为原点，以望远镜主反射面的周向为x轴，径向为y轴，每增加一个合作目标，编号加1。

6.根据权利要求1所述的射电望远镜面形测量方法，其特征在于，所述合作目标为自发光多边形合作目标。

7.一种射电望远镜面形测量装置，应用于射电望远镜面形测量系统中，其特征在于，所述射电望远镜面形测量系统包括设置于射电望远镜主反射面的多个合作目标、设置于馈源处的多个靶标标志点以及设置于副反射面边缘处的相机阵列，所述相机阵列包括多个相机组，且相邻相机组中对应位置处的相机分别构成内圈双目子系统和外圈双目子系统，所述多个合作目标包括用于表征该主反射面面形的第一合作目标组和用于体现密度异常特征的第二合作目标组，所述射电望远镜面形测量装置包括：

坐标标定模块，用于基于预设坐标系和多个靶标标志点，对各所述内圈双目子系统中的内圈相机和各外圈双目子系统中的外圈相机进行标定，以得到内圈相机和外圈相机在所述预设坐标系下对应的空间坐标、旋转矩阵与平移向量；

图片获取模块，用于获取由标定后的各内圈双目子系统拍摄的所述主反射面中不同面板的多个第一面板图片，以及由坐标标定后的各外圈双目子系统拍摄的所述主反射面中不同面板的多个第二面板图片；

匹配处理模块，用于分别对多个所述第一面板图片和多个所述第二面板图片中的各合作目标进行编号，并根据各所述合作目标的编号对所述多个第一面板图片和多个第二面板图片进行一一匹配处理，以形成多个第一面板图片组；

坐标转换模块，用于针对各所述内圈双目子系统中的每个内圈双目子系统以及各所述外圈双目子系统中的每个外圈双目子系统，根据各内圈相机和各外圈相机在所述预设坐标系下的空间坐标、旋转矩阵与平移向量计算各合作目标的空间坐标；

判断模块，用于判断多个所述合作目标中是否存在公共合作目标，若存在，则删除该公共合作目标；

坐标拟合模块，用于根据所述多个合作目标在所述预设坐标系下的空间坐标将剩余各合作目标进行抛物面拟合，以得到所述射电望远镜主反射面的面形数据。

8.根据权利要求7所述的射电望远镜面形测量装置，其特征在于，所述坐标标定模块包括：

靶标图片获取单元，用于针对各内圈双目子系统中的每个内圈双目子系统，获取该内圈双目子系统拍摄的所述多个靶标标志点的靶标图片；

内圈相机标定单元，用于根据该靶标图片以及各靶标标志点的预设空间坐标，计算将所述内圈双目子系统中的各内圈相机的预设空间坐标转换为预设坐标系下的第一空间坐标、第一旋转矩阵和第二平移向量，以完成对所述各内圈双目子系统的标定。

9.根据权利要求8所述的射电望远镜面形测量装置，其特征在于，所述坐标标定模块包括：

面板图片获取单元，用于针对各内圈双目子系统中的每个内圈双目子系统和各外圈双目子系统中的每个内圈双目子系统，分别获取该内圈双目子系统拍摄的所述主反射面的第三面板图片，以及所述外圈双目子系统拍摄的主反射面的第四面板图片；

编号匹配单元，用于分别对多个所述第三面板图片和多个所述第四面板图片中的合作目标进行编号，并基于编号后的合作目标及其编号对多个所述第三面板图片和多个所述第四面板图片进行一一匹配处理，以形成多个第二面板图片组；

空间坐标转换单元，用于针对每个第二面板图片组中编号相同的多个合作目标，从该多个合作目标中选取至少3个合作目标，并基于获取该第二面板图片组中的各内圈相机的空间坐标计算所述至少3个合作目标的空间坐标；

坐标计算单元，用于分别计算将所述至少3个合作目标的空间坐标转换为所述预设坐标系下的第二空间坐标、第二旋转矩阵和第二平移向量；

外圈相机标定单元，用于根据所述至少3个合作目标在所述预设坐标系的第二空间坐标、第二旋转矩阵和第二平移向量计算与其对应的外圈双目子系统中的各外圈相机在所述预设坐标系下的第三空间坐标、第三旋转矩阵和第三平移向量，以完成对所述外圈双目子系统中外圈相机的标定。

10.根据权利要求7所述的射电望远镜面形测量装置，其特征在于，所述判断模块用于判断多个合作目标中，是否存在两个合作目标之间的空间坐标差值小于预设阈值，若存在，则判定所述两个合作目标为公共合作目标。