基于光线跟踪的紧凑型全景环带头部单元设计方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了基于光线跟踪的紧凑型全景环带头部单元设计方法及系统，包括以下步骤：S1：根据已有的全景环带系统参数，获取全景环带系统的紧凑度指标；S2：将已获取的多组紧凑度指标作为特征值，构建代价函数并利用多元梯度下降算法循环至收敛，采集多组不同梯度的特征值；S3：根据全景环带头部单元的结构以及入射光线的分布，构建光线跟踪模型；S4：将S2中采集到的多组特征值输入光线跟踪模型并验证。本发明专利技术能够根据多元梯度下降算法，获取特征值组，使全景环带头部单元达到需要的紧凑度，还能够利用光线追踪模型，对特征值组进行验证，从而保证了该特征值组参数能够达到全景环带光线传播的要求，为紧凑型全景环带头部单元的设计提供了新的思路。设计提供了新的思路。设计提供了新的思路。

【技术实现步骤摘要】
基于光线跟踪的紧凑型全景环带头部单元设计方法及系统


[0001]本专利技术属于光学系统
，具体涉及基于光线跟踪的紧凑型全景环带头部单元设计方法。

技术介绍

[0002]全景环带是一种折反射全景系统，主要由头部的全景环形透镜以及中继镜组构成。其原理是通过平面圆柱投影法，将三维空间的像成在一个环形区域内，使得360度成像成为了现实。作为全景环带的头部单元，全景环形透镜是实现全景成像的关键元件。
[0003]然而，全景环形透镜为了实现360度成像，利用了折射和反射原理，使得入射光线在透镜内部与光轴产生大角度，从而使全景环带的头部口径要远大于中继镜组的口径，进而会造成全景环带整体结构上不紧凑的问题。

技术实现思路

[0004]本方案采用多参数的梯度下降算法，能够确定使全景环带头部单元紧凑度值最低的紧凑度指标组合，并结合光线追踪模型进行指标验证，从而能够解决上述技术问题。
[0005]本专利技术具体的技术方案如下：
[0006]第一方面，本专利技术提供了基于光线跟踪的紧凑型全景环带头部单元设计方法，包括以下步骤：
[0007]S1：根据已有的全景环带系统参数，获取全景环带系统的紧凑度指标；
[0008]S2：将已获取的多组紧凑度指标作为特征值，构建代价函数并利用多元梯度下降算法循环至收敛，采集多组不同梯度的特征值；
[0009]S3：根据全景环带头部单元的结构以及入射光线的分布，构建光线跟踪模型；
[0010]S4：将S2中采集到的多组特征值输入光线跟踪模型，选取能够满足入射光线的分布特征值组，并计算选取的每一组特征值所对应的紧凑度，将紧凑度最低的特征值组作为最佳的全景环带头部单元设计方案。
[0011]在一些实施例中，所述步骤S1包括：
[0012]S11：根据全景环带头部单元结构，定义全景环带系统的紧凑度计算公式：
[0013][0014]其中，K表示全景环带系统的紧凑度，D表示全景环带头部单元的最大口径，L表示像面的对角线长度；
[0015]S12：根据紧凑度计算公式，获取全景环带系统的紧凑度指标，包括：第一透射表面曲率半径、第一反射表面曲率半径以及透镜厚度。
[0016]在一些实施例中，所述S2包括：
[0017]S21：将多组第一透射表面曲率半径、第一反射表面曲率半径以及透镜厚度值作为特征值，构建目标函数：
[0018]h
θ
(x)＝θ0x0+θ1x1+θ2x2+θ3x3；
[0019]其中，h
θ
(x)表示目标函数，x0＝1，x1、x2、x3分别表示每一组第一透射表面曲率半径、第一反射表面曲率半径以及透镜厚度值的向量表示，θ0‑
θ3表示回归系数；
[0020]S22：结合每一组特征值所对应的紧凑度，构建代价函数：
[0021][0022]其中，Jθ0，θ1，θ1，θ3)表示代价函数，m表示样本个数，x
i
表示第i组样本的所有特征值，y
i
表示第i组样本所对应的紧凑度；
[0023]S23：采用多元梯度下降算法进行收敛：
[0024][0025]其中，表示第i组样本中第j个特征值，θ
j
表示第i组样本中第j个特征值的回归系数，α表示学习率。
[0026]在一些实施例中，所述S3包括：
[0027]S31：对全景环带头部单元的结构进行数学建模，确定光轴、第一透射表面、第二透射表面、第一反射表面以及第二反射表面的位置；
[0028]S32：设置光源，使光源从第一透射表面发生折射，通过透镜传播到第一反射表面，经第一反射表面反射至第二反射表面，然后通过第二反射表面反射至第二投射表面，并记录光线传播路径；
[0029]S33：根据光线传播路径计算反射和折射，包括：法线、反射方向以及折射方向。
[0030]在一些实施例中，所述S5包括：
[0031]S51：将S2中采集到的多组不同梯度的特征值输入光线跟踪模型，并验证每一组输入的特征值是否符合光线传播路径，若不符合，则剔除不符合的特征值，若符合，则跳转步骤S52；
[0032]S52：对于符合光线跟踪模型中光线传播路径的特征值组，计算每一组特征值所对应的紧凑度，并将紧凑度最低的特征值组作为最佳的全景环带头部单元设计方案。
[0033]第二方面，本专利技术提供了基于光线跟踪的紧凑型全景环带头部单元设计系统，包括：
[0034]参数获取模块，用于根据已有的全景环带系统参数，获取全景环带系统的紧凑度指标；
[0035]循环收敛模块，用于将已获取的多组紧凑度指标作为特征值，构建代价函数并利用多元梯度下降算法循环至收敛，采集多组不同梯度的特征值；
[0036]光线跟踪模型构建模块，用于根据全景环带头部单元的结构以及入射光线的分布，构建光线跟踪模型；
[0037]特征值验证模块，用于将循环收敛模块中采集到的多组特征值输入光线跟踪模型，选取能够满足入射光线的分布特征值组，并计算选取的每一组特征值所对应的紧凑度，将紧凑度最低的特征值组作为最佳的全景环带头部单元设计方案。
[0038]在一些实施例中，所述紧凑度指标获取模块包括：
[0039]紧凑度定义子模块，用于根据全景环带头部单元结构，定义全景环带系统的紧凑
度计算公式：
[0040][0041]其中，K表示全景环带系统的紧凑度，D表示全景环带头部单元的最大口径，L表示像面的对角线长度；
[0042]紧凑度指标获取子模块，用于根据紧凑度计算公式，获取全景环带系统的紧凑度指标，包括：第一透射表面曲率半径、第一反射表面曲率半径以及透镜厚度。
[0043]在一些实施例中，所述循环收敛模块包括：
[0044]目标函数构建子模块，用于将多组第一透射表面曲率半径、第一反射表面曲率半径以及透镜厚度值作为特征值，构建目标函数：
[0045]h
θ
(x)＝θ0x0+θ1x1+θ2x2+θ3x3；
[0046]其中，h
θ
(x)表示目标函数，x0＝1，x1、x1、x3分别表示每一组第一透射表面曲率半径、第一反射表面曲率半径以及透镜厚度值的向量表示，θ0‑
θ3表示回归系数；
[0047]代价函数构建子模块，用于结合每一组特征值所对应的紧凑度，构建代价函数：
[0048][0049]其中，Jθ0，θ1，θ2，θ3)表示代价函数，m表示样本个数，x
i
表示第i组样本的所有特征值，y
i
表示第i组样本所对应的紧凑度；
[0050]多元梯度下降子模块，用于采用多元梯度下降算法进行收敛：
[0051][0052]其中，表示第i组样本中第j个特征值，θ
j
表示第i组样本中第j个特征值的回归系数，α表示学习率。
[0053]在一些实施例中，所述光线跟踪模型本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于光线跟踪的紧凑型全景环带头部单元设计方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：根据已有的全景环带系统参数，获取全景环带系统的紧凑度指标；S2：将已获取的多组紧凑度指标作为特征值，构建代价函数并利用多元梯度下降算法循环至收敛，采集多组不同梯度的特征值；S3：根据全景环带头部单元的结构以及入射光线的分布，构建光线跟踪模型；S4：将S2中采集到的多组特征值输入光线跟踪模型，选取能够满足入射光线的分布特征值组，并计算选取的每一组特征值所对应的紧凑度，将紧凑度最低的特征值组作为最佳的全景环带头部单元设计方案。2.根据权利要求1所述的基于光线跟踪的紧凑型全景环带头部单元设计方法，其特征在于，所述步骤S1包括：S11：根据全景环带头部单元结构，定义全景环带系统的紧凑度计算公式：其中，K表示全景环带系统的紧凑度，D表示全景环带头部单元的最大口径，L表示像面的对角线长度；S12：根据紧凑度计算公式，获取全景环带系统的紧凑度指标，包括：第一透射表面曲率半径、第一反射表面曲率半径以及透镜厚度。3.根据权利要求2所述的基于光线跟踪的紧凑型全景环带头部单元设计方法，其特征在于，所述S2包括：S21：将多组第一透射表面曲率半径、第一反射表面曲率半径以及透镜厚度值作为特征值，构建目标函数：h
θ
(x)＝θ0x0+θ1x1+θ2x2+θ3x3；其中，h
θ
(x)表示目标函数，x0＝1，x1、x2、x3分别表示每一组第一透射表面曲率半径、第一反射表面曲率半径以及透镜厚度值的向量表示，θ0‑
θ3表示回归系数；S22：结合每一组特征值所对应的紧凑度，构建代价函数：其中，J(θ0，θ1，θ2，θ3)表示代价函数，m表示样本个数，x
i
表示第i组样本的所有特征值，y
i
表示第i组样本所对应的紧凑度；S23：采用多元梯度下降算法进行收敛：其中，表示第i组样本中第j个特征值，θ
j
表示第i组样本中第j个特征值的回归系数，α表示学习率。4.根据权利要求3所述的基于光线跟踪的紧凑型全景环带头部单元设计方法，其特征在于，所述S3包括：S31：对全景环带头部单元的结构进行数学建模，确定光轴、第一透射表面、第二透射表面、第一反射表面以及第二反射表面的位置；S32：设置光源，使光源从第一透射表面发生折射，通过透镜传播到第一反射表面，经第
一反射表面反射至第二反射表面，然后通过第二反射表面反射至第二投射表面，并记录光线传播路径；S33：根据光线传播路径计算反射和折射，包括：法线、反射方向以及折射方向。5.根据权利要求4所述的基于光线跟踪的紧凑型全景环带头部单元设计方法，其特征在于，所述S4包括：S41：将S2中采集到的多组不同梯度的特征值输入光线跟踪模型，并验证每一组输入的特征值是否符合光线传播路径，若不符合，则剔除不符合的特征值，若符合，则跳转步骤S42；S42：对于符合光线跟踪模型中光线传播路径的特征值组，计算每一组特征值所对应的紧凑度，并将紧凑度最低的特征值组作为最佳的全景环带头部单元设计方案。6.基于光线跟踪的紧凑型全景环带头部单元设计系统，其特征在于，包括：参数获取模块，用于根据已有的全景环带系统参数，获取全景环带系统的紧凑度指...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯逸鹤，柯舫，察日苏，
申请(专利权)人：杭州环峻科技有限公司，
类型：发明
国别省市：