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半离散最优传输下的光学自由曲面构造方法及系统技术方案

技术编号:29131703 阅读:21 留言:0更新日期:2021-07-02 22:26
本发明专利技术提供一种半离散最优传输下的光学自由曲面构造方法及系统,包括输入一张灰度图像,并构造目标域离散母点及测度;通过Icosphere球面生成算法生成源区域;初始化曲面参数;构造离散母点对应的圆锥曲面;构造圆锥曲面上包络,并构造源区域的胞腔分解;计算传输映射的能量函数及梯度;通过梯度下降算法更新更新曲面参数;循环直到能量函数达到极值,得到光学自由曲面解;通过曲面参数构造自由曲面三维模型,得到三维空间的离散自由曲面。本发明专利技术原理简单易懂,实现简单高效,通过半离散最优传输的凸几何求解方式,克服了光学自由曲面构造复杂求解困难的问题,为场景光照模拟技术提供了新的技术方案,同时也为工业界成像光学元件设计提供了新方案。

【技术实现步骤摘要】
半离散最优传输下的光学自由曲面构造方法及系统
本专利技术属于照明光学系统领域,具体涉及半离散最优传输下的光学自由曲面构造方法及系统。
技术介绍
健康节能照明,如医学照明元件、路灯元件以及其他光学元件设计生产等;光照环境模拟,如航天特殊光照模拟,图形学中三维场景下的光照模拟等。这些领域都涉及到了光学自由曲面的构造问题。光学自由曲面的构造指的是通过构造一种弯曲的表面或者能对光进行反射/折射的物体,将光源转移至空间中形成一组连续的光点,这些连续的光点形成特殊的图案。具体地讲,该构造系统可以描述为:给定一个光源、一个光滑平面以及一张图片,如何构造一个自由曲面(一般指反射镜或折射镜),使得光线经过这个曲面折射或反射后在光滑平面上形成的图案和给定图像一致。光学自由曲面的构造方法主要包含三类:(1)优化法;(2)数学法;(3)几何法。优化法的构造思想在于通过参数化自由曲面来合理选取优化能量,借助适当的优化算法不断调整优化变量的取值使得评价函数趋于极值,直至满足预定要求。2010年,Finckh等人将光学曲面抽象成C2的B样条三角网格,本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半离散最优传输下的光学自由曲面构造方法,其特征在于,包括以下步骤:/n步骤1,输入一张灰度图像,并构造目标域离散母点及测度;/n步骤2,通过Icosphere球面生成算法生成源区域;/n步骤3,初始化曲面参数;/n步骤4,构造离散母点对应的圆锥曲面;/n步骤5,构造圆锥曲面上包络,并构造源区域的胞腔分解;/n步骤6,计算传输映射的能量函数及梯度;/n步骤7,通过梯度下降算法更新更新曲面参数;/n步骤8,循环步骤4-步骤7,直到能量函数达到极值,得到光学自由曲面解;/n步骤9,通过曲面参数构造自由曲面三维模型,得到三维空间的离散自由曲面。/n

【技术特征摘要】
1.一种半离散最优传输下的光学自由曲面构造方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1,输入一张灰度图像,并构造目标域离散母点及测度;
步骤2,通过Icosphere球面生成算法生成源区域;
步骤3,初始化曲面参数;
步骤4,构造离散母点对应的圆锥曲面;
步骤5,构造圆锥曲面上包络,并构造源区域的胞腔分解;
步骤6,计算传输映射的能量函数及梯度;
步骤7,通过梯度下降算法更新更新曲面参数;
步骤8,循环步骤4-步骤7,直到能量函数达到极值,得到光学自由曲面解;
步骤9,通过曲面参数构造自由曲面三维模型,得到三维空间的离散自由曲面。


2.根据权利要求书1所述的半离散最优传输下的光学自由曲面构造方法,其特征在于:步骤1的实现方式如下,
输入一张灰度图像I,将灰度图像I像置于欧式空间R3中并垂直三维笛卡尔坐标系的Z轴正半轴于点p,然后根据灰度图像I中像素点位置构造目标域离散母点yi,离散母点的个数为M,同时定义每个像素点的灰度值为ai,通过下式构造每个离散母点的狄拉克测度,



其中,i为像素点的标识。


3.根据权利要求书2所述的半离散最优传输下的光学自由曲面构造方法,其特征在于:步骤2中,通过Icosphere生成算法生成7阶球面模型,将球心置于欧式空间R3原点上,仅保留处在Z轴负半轴的半球面模型,生成源区域X。


4.根据权利要求书3所述的半离散最优传输下的光学自由曲面构造方法,其特征在于:步骤3中,定义每个源域离散母点对应的曲面参数为di,初始化di为定值,该定值为任意大于0的值。


5.根据权利要求书4所述的半离散最优传输下的光学自由曲面构造方法,其特征在于:步骤4中,通过离散母点yi、曲面参数di以及以下圆锥曲面方程构造曲面,



其中,ρ表示曲面上的点到原点的距离,e为曲面离心率,xi是球面模型网格点的坐标,xi∈X。


6.根据权利要求5所述的半离散最优传输下的光学自由曲面构造方法,其特征在于:步骤5中,设...

【专利技术属性】
技术研发人员:苏科华焦冲陶滢辛宁
申请(专利权)人:武汉大学
类型:发明
国别省市:湖北;42

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