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[我分享] Zemax中Zernike Standard多项式的MATLAB实现

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  • TA的每日心情
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    2024-5-29 14:47
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    发表于 2024-2-20 15:28 | 显示全部楼层 |阅读模式
    zernike的多项式有多种定义,如下图

    而Zermax中的Standard多项式的定义为:

    那么对应的matlab实现为
    1. function [z,zer]= zemaxZernike(res)
    2. % ref1 - Optical Shop Testing, Third Edition (2007) P517 TABLE 13.5.
    3. % ref2 - https://blog.csdn.net/xsz591541060/article/details/124275188
    4. % ref3 - Zemax中Zernike Standard多项式 https://zhuanlan.zhihu.com/p/667867516
    5. % 参数j:  Zernike多项式的序号
    6. % 参数res:Zernike多项式的分辨率
    7. relative = 1;%设置为单位圆
    8. x           = linspace(-relative,relative,res);
    9. [x,y]       = meshgrid(x,x);
    10. [theta,rho] = cart2pol(x,y);% 由(x,y)换算(r,theta)
    11. z{1} = ones(size(x)).*1/sqrt(pi);                                           %Piston
    12. z{2} = rho .* cos(theta).*2/sqrt(pi);                                       %x tilt
    13. z{3} = rho .* sin(theta).*2/sqrt(pi);                                       %y tilt
    14. z{4} = (2.*rho.^2 - 1) .* sqrt(3/pi);                                       %Defocus
    15. z{5} = rho.^2 .* sin(2.*theta) .*sqrt(6/pi);                                %Primary astigmatism at 45°
    16. z{6} = rho.^2 .* cos(2.*theta) .* sqrt(6/pi);                               %Primary astigmatism at 0°
    17. z{7} = (3.*rho.^3 - 2.*rho) .* sin(theta) .* sqrt(8/pi);                    %Primary y coma
    18. z{8} = (3.*rho.^3 - 2.*rho) .* cos(theta) .* sqrt(8/pi);                    %Primary x coma
    19. z{9} = rho.^3 .* sin(3.*theta) .* sqrt(8/pi);
    20. z{10} = rho.^3 .* cos(3.*theta) .* sqrt(8/pi);
    21. z{11} = (6.*rho.^4 - 6.*rho.^2 + 1).*sqrt(5/pi);                            %Primary spherical
    22. z{12} = (4.*rho.^4 - 3.*rho.^2) .* cos(2.*theta) .* sqrt(10/pi);            %Secondary astigmatism at 0°
    23. z{13} = (4.*rho.^4 - 3.*rho.^2) .* sin(2.*theta) .*sqrt(10/pi);             %Secondary astigmatism at 45°
    24. z{14} = rho.^4 .* cos(4.*theta) .* sqrt(10/pi);
    25. z{15} = rho.^4 .* sin(4.*theta) .*sqrt(10/pi);
    26. z{16} = (10.*rho.^5 - 12.*rho.^3 + 3.*rho) .* cos(theta) .* sqrt(12/pi);    %Secondary x coma
    27. z{17} = (10.*rho.^5 - 12.*rho.^3 + 3.*rho) .* sin(theta) .* sqrt(12/pi);    %Secondary y coma
    28. z{18} = (5.*rho.^5 - 4.*rho.^3) .* cos(3.*theta) .* sqrt(12/pi);
    29. z{19} = (5.*rho.^5 - 4.*rho.^3) .* sin(3.*theta) .* sqrt(12/pi);
    30. z{20} = rho.^5 .* cos(5.*theta) .* sqrt(12/pi);
    31. z{21} = rho.^5 .* sin(5.*theta) .* sqrt(12/pi);
    32. z{22} = (20.*rho.^6 - 30.*rho.^4 + 12.*rho.^2 + 1).* sqrt(7/pi);            %Secondary spherical
    33. z{23} = (15.*rho.^6 - 20.*rho.^4 + 6.*rho.^2) .* sin(2.*theta) .* sqrt(14/pi);%Tertiary astigmatism at 45
    34. z{24} = (15.*rho.^6 - 20.*rho.^4 + 6.*rho.^2) .* cos(2.*theta) .* sqrt(14/pi);%Tertiary astigmatism at 0
    35. z{25} = (6.*rho.^6 - 5.*rho.^4) .* sin(4.*theta) .* sqrt(14/pi);
    36. z{26} = (6.*rho.^6 - 5.*rho.^4) .* cos(4.*theta) .* sqrt(14/pi);
    37. z{27} = rho.^6 .* sin(6.*theta) .* sqrt(14/pi);
    38. z{28} = rho.^6 .* cos(6.*theta) .* sqrt(14/pi);
    39. z{29} = (35.*rho.^7 - 60.*rho.^5 + 30.*rho.^3 - 4.*rho) .* sin(theta) .* sqrt(16/pi);%Tertiary y coma
    40. z{30} = (35.*rho.^7 - 60.*rho.^5 + 30.*rho.^3 - 4.*rho) .* cos(theta) .* sqrt(16/pi);%Tertiary x coma
    41. z{31} = (21.*rho.^7 - 30.*rho.^5 + 10.*rho.^3) .* sin(3.*theta) .* sqrt(16/pi);
    42. z{32} = (21.*rho.^7 - 30.*rho.^5 + 10.*rho.^3) .* cos(3.*theta) .* sqrt(16/pi);
    43. z{33} = (7.*rho.^7 - 6.*rho.^5) .* sin(5.*theta) .* sqrt(16/pi);
    44. z{34} = (7.*rho.^7 - 6.*rho.^5) .* cos(5.*theta) .* sqrt(16/pi);
    45. z{35} = rho.^7 .* sin(7.*theta) .* sqrt(16/pi);
    46. z{36} = rho.^7 .* cos(7.*theta) .* sqrt(16/pi);
    47. z{37} = (70.*rho.^8 - 140.*rho.^6 + 90.*rho.^4  - 20.*rho.^2 + 1) .* sin(theta) .* sqrt(9/pi);%Tertiary spherical
    48. zer = zeros(res,res,37);
    49. for n = 1:37
    50.    z{n}(rho>relative) = 0; % 只保留单位圆内的数据
    51.    z{n} = z{n}/max(abs(z{n}(:)));
    52.    zer(:,:,n) = z{n};
    53.    %z{n} = z{n}/max(abs(z{n}(:)));归一化
    54. end

    55. end

    56. %%demo
    57. % res = 256;
    58. % z = zemaxZernike(res);
    59. % figure;
    60. % for n = 1:37
    61. %    subplot(5,8,n);imshow(z{n},[]);colormap jet;colorbar;xlabel(['Z',num2str(n)]);
    62. % end
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    发表于 2024-2-21 11:41 | 显示全部楼层
    请教下这个有啥实际具体的应用场合么
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  • TA的每日心情
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     楼主| 发表于 2024-2-22 09:56 | 显示全部楼层
    宿命233 发表于 2024-2-21 11:41
    请教下这个有啥实际具体的应用场合么

    有一些仿真和计算在Zemax中太慢了,通过这个对应起来后,可以把一些成像仿真,MTF计算等用matlab实现,更快一点
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    发表于 2024-2-22 18:24 | 显示全部楼层
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     楼主| 发表于 2024-2-26 16:40 | 显示全部楼层
    Joyboy 发表于 2024-2-22 18:24
    您好,想学习这方面的知识(Zemax和matlab的互通),有这方面的资料推荐吗?

    我推荐《信息雷竞技下载找ray666点vip数字实验室》
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  • TA的每日心情

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    发表于 2024-4-1 16:13 | 显示全部楼层
    laughvn 发表于 2024-2-22 09:56
    有一些仿真和计算在Zemax中太慢了,通过这个对应起来后,可以把一些成像仿真,MTF计算等用matlab实现,更 ...

    这个多项式有通式,可以不用手打把每一项打出来;也有可能条纹的是子集,把对应项选择可能程序看起来会简洁一点
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     楼主| 发表于 2024-4-1 16:41 | 显示全部楼层
    等晴天 发表于 2024-4-1 16:13
    这个多项式有通式,可以不用手打把每一项打出来;也有可能条纹的是子集,把对应项选择可能程序看起来会简 ...

    Noll的Zernike多项式有通式,但是其他排序方式的没有的,都是各厂商自己参考noll的多项式改过的
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    发表于 2024-4-1 17:08 | 显示全部楼层
    laughvn 发表于 2024-4-1 16:41
    Noll的Zernike多项式有通式,但是其他排序方式的没有的,都是各厂商自己参考noll的多项式改过的
    ...

    可以直接改排序方式,比如直接输入序号,就是一个数组,我的意思是多项式有通式
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  • TA的每日心情
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     楼主| 发表于 2024-4-2 08:40 | 显示全部楼层
    等晴天 发表于 2024-4-1 17:08
    可以直接改排序方式,比如直接输入序号,就是一个数组,我的意思是多项式有通式 ...

    嗯嗯,光改排序还没用,还得改幅值
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  • TA的每日心情
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    发表于 2024-7-4 23:21 | 显示全部楼层
    想问一下这个可以计算zemax中的标准zenike相位面的吗 那个里面系数和这个对应的吗
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