笛卡尔坐标系下泽尼克(Zernike)系数_泽尼克系数-程序员宅基地

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笛卡尔坐标系下泽尼克(Zernike)多项式

大多文献和资料里zernike多项式都是极坐标下的,想用笛卡尔坐标系下的但又没找到好的,最后就自己推导了一份,记录+分享。

by HPC_ZY

泽尼克多项式

详细定义可查看维基百科介绍

下图为极坐标下的泽尼克多项式(归一化)
在这里插入图片描述

笛卡尔坐标下的泽尼克

数学底子薄,如有错误,请大佬指出。关于推到过程我只简单举例,。
注:下列推导过程未考虑上图表达式中前面的系数,因此下列表中多项式未在单位圆内归一化

根据笛卡尔到极坐标转换公式:
1)直接就能得到 Z1Z2
ρ s i n ( θ ) = y , ρ c o s ( θ ) = x \rho sin(\theta)=y,\rho cos(\theta)=x ρsin(θ)=yρcos(θ)=x

2)Z3有:
ρ 2 s i n ( 2 θ ) = 2 ρ 2 s i n ( θ ) c o s ( θ ) = 2 ρ s i n ( θ ) ∗ ρ c o s ( θ ) = 2 x y \rho^2sin(2\theta)=2\rho^2sin(\theta)cos(\theta)=2\rho sin(\theta)*\rho cos(\theta)=2xy ρ2sin(2θ)=2ρ2sin(θ)cos(θ)=2ρsin(θ)ρcos(θ)=2xy

3)Z4有:
2 ρ 2 − 1 = 2 ( ρ 2 s i n 2 ( θ ) + ρ 2 c o s 2 ( θ ) ) − 1 = 2 ( x 2 + y 2 ) − 1 2\rho^2-1=2(\rho^2sin^2(\theta)+\rho^2cos^2(\theta))-1=2(x^2+y^2)-1 2ρ21=2(ρ2sin2(θ)+ρ2cos2(θ))1=2(x2+y2)1

4)Z5有:
ρ 2 c o s ( 2 θ ) = ρ 2 c o s 2 ( θ ) − ρ 2 s i n 2 ( θ ) = x 2 − y 2 \rho^2cos(2\theta)=\rho^2cos^2(\theta)-\rho^2sin^2(\theta)=x^2-y^2 ρ2cos(2θ)=ρ2cos2(θ)ρ2sin2(θ)=x2y2

其余项可根据原理自行推导(也可以假装相信我是对的), g j , h j g_j,h_j gj,hj是两个方向的偏导。
在这里插入图片描述
利用MATLAB将上述多项式在单位圆中绘制,结果如下图(右)所示
在这里插入图片描述

其他

  1. 检查了很多遍,绘制结果看起来也一样了,但是不敢保证完全没错,欢迎大家检查指正
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