本發明專利技術公開了一種多面共體成像系統的設計方法，所述方法包括由若干待集成的鏡面構成所述多面共體成像系統初始結構中的部分元件；獲取所述多面共體成像系統對應的多面共體高斯基自由曲面的矢高殘差與法向殘差；確定高斯徑向基函數的分布方式，進而確定基于高斯徑向基函數的自由曲面對應的各項參數；基于所述基于高斯徑向基函數的自由曲面對應的各項參數確定所述多面共體成像系統的結構；將所述多面共體高斯基自由曲面的各個參數作為優化變量，調整所述多面共體成像系統中各個鏡面參數，使集成后的多面共體成像系統的系統參數及成像性能均達到預設目標。性能均達到預設目標。性能均達到預設目標。
【技術實現步驟摘要】
一種多面共體成像系統的設計方法
[0001]本專利技術涉及光學設計
，具體涉及一種多面共體成像系統的設計方法。
技術介紹
[0002]光學反射系統具有無色差、重量輕、透射率高、抗輻射等優點。傳統的共軸反射系統存在中心遮蔽，限制了輸入能量和分辨率。因此，需要將光學反射系統離軸，以消除光的遮蔽。然而，反射鏡偏心和傾斜會引起具有特殊場依賴性的非常規像差，這是傳統旋轉對稱光學表面(如球面和非球面)難以糾正的，因此，非旋轉對稱自由曲面可用于離軸反射成像系統的設計。
[0003]自由曲面相對于傳統的球面或非球面，能夠為光學設計提供更多的自由度。此外，自由曲面引起的像差能夠與曲面偏心、以及傾斜引起的像差匹配良好，目前已成功應用于光學反射成像系統的設計中。然而，自由曲面反射成像系統的成功開發依賴于精準、誤差低的系統設計、制造、測試和系統組裝。在常規系統裝配時，自由曲面反射成像系統的系統結構和表面形狀都是非對稱的，裝配過程非常困難，需要精確的定位，花費大量的人力和時間成本，但依然存在定位復雜、準確率低的技術問題。
技術實現思路
[0004]有鑒于此，本專利技術提供了一種多面共體成像系統的設計方法，能夠解決自由曲面反射成像系統裝配過程非常困難，需要精確的定位過程，花費大量的人力和時間成本，但依然存在定位復雜、準確率低的技術問題。
[0005]為了解決上述技術問題，本專利技術是這樣實現的。
[0006]一種多面共體成像系統的設計方法，包括：
[0007]步驟S1：由若干待集成的鏡面構成所述多面共體成像系統初始結構中的部分元件；獲取所述初始結構中待集成的鏡面的位置分布；
[0008]步驟S2：對所述待集成的鏡面選取多個采樣點并進行采樣，獲取所述多個采樣點的坐標與法向；獲取所述多面共體成像系統對應的多面共體高斯基自由曲面的矢高殘差與法向殘差；
[0009]步驟S3：基于所述多面共體高斯基自由曲面的矢高殘差與法向殘差，確定高斯徑向基函數的分布方式，進而確定基于高斯徑向基函數的自由曲面對應的各項參數；基于所述基于高斯徑向基函數的自由曲面對應的各項參數確定所述多面共體成像系統的結構；所述基于高斯徑向基函數的自由曲面是一種自由曲面面形，利用該面形將多個鏡面集成，集成后的面即為多面共體高斯基自由曲面；
[0010]步驟S4：將所述多面共體高斯基自由曲面的各個參數作為優化變量，調整所述多面共體成像系統中各個鏡面參數，使集成后的多面共體成像系統的系統參數及成像性能均達到預設目標。
[0011]優選地，所述步驟S1，其中：由若干待集成的鏡面構成所述多面共體成像系統初始
結構中的部分元件，所述初始結構還包括未參與集成的其它鏡面元件。
[0012]優選地，所述步驟S2：對所述待集成的鏡面選取多個采樣點并進行采樣，獲取所述多個采樣點的坐標與法向；獲取所述多面共體成像系統對應的多面共體高斯基自由曲面的矢高殘差與法向殘差，包括：
[0013]對所述待集成的鏡面選取采樣點并進行采樣，獲取采樣點在局部坐標系下的坐標與法向；獲取待集成的鏡面在全局坐標系下的空間位置信息，即每個待集成鏡面的頂點在全局坐標系下的位置信息；為每個待集成鏡面建立局部坐標系，每個待集成鏡面的頂點是其對應的局部坐標系的原點；基于所述全局坐標系與所述局部坐標系的對應關系，將得到的局部坐標系下采樣點信息轉換為全局坐標系下的點坐標與法向，并預設所述多面共體成像系統中對應的多面共體高斯基自由曲面的初始頂點，在全局坐標系下擬合所述多面共體成像系統對應的多面共體高斯基自由曲面的最優基底球面曲率以及球心坐標，再依據球心坐標與半徑以及預設的初始頂點確定基底球面的頂點；計算基底球面在局部坐標系下的矢高和法向，獲取所述多面共體成像系統對應的多面共體高斯基自由曲面的矢高殘差與法向殘差；所述最優基底球面，是指通過結合采樣點坐標信息利用最小二乘法擬合所得到的基底球面。
[0014]優選地，所述多面共體成像系統對應的基于高斯徑向基函數自由曲面的矢高表達式為:
[0015][0016]其中，z(x,y)為基于高斯徑向基函數的自由曲面在(x,y)點處的矢高，c為基底球面曲率，i為第i個高斯基，N為所用到的高斯基數量，w
i
為高斯徑向基函數對應的權重系數，(x
i
,y
i
)為第i個高斯徑向基函數的中心位置，σ
x
和σ
y
為相應的高斯徑向基在x和y方向的標準差，相應的，高斯徑向基函數自由曲面的法向由公式(5)中相應的矢高對x與y的偏導所構成。
[0017]優選地，所述確定所述高斯徑向基函數對應的各項參數，包括：
[0018]步驟S31：基于所述部署于所述多面共體成像系統中基于高斯徑向基函數的自由曲面上的高斯徑向基函數的分布方式，確定所述部署于所述多面共體高斯基自由曲面上不同區域的高斯徑向基函數的行數、列數、相鄰高斯徑向基函數中心間距以及各高斯徑向基函數在x,y方向上的標準差；
[0019]步驟S32：基于所述多面共體高斯基自由曲面的矢高殘差與法向殘差，確定用于評價擬合精度的評價函數；設置循環次數num＝1；
[0020]步驟S33：基于部署于所述多面共體高斯基自由曲面上不同區域的高斯徑向基函數的行數、列數、相鄰高斯徑向基函數中心間距以及各高斯徑向基函數在x,y方向上的標準差，確定所述高斯徑向基函數對應的各項權重系數，記為當前參數組合；
[0021]步驟S34：將所述當前參數組合輸入所述評價函數，若得到的評價值低于第一預設閾值或循環次數小于第二預設閾值，則將相鄰高斯徑向基函數中心間距增加第一步長值,將各高斯基函數x,y方向上的標準差增加第二步長值，將num的值賦值為num加1，進入步驟S33；否則，將所述當前參數組合對應的各項參數作為所述高斯徑向基函數對應的各項參
數。
[0022]優選地，所述步驟S1，由若干待集成的鏡面構成所述多面共體成像系統初始結構中的部分元件，所述初始結構還包括未參與集成的其它鏡面元件。
[0023]有益效果：
[0024](1)本專利技術提供了一種基于高斯徑向基函數自由曲面的多面共體成像系統設計方法，將成像系統中的多個離散的曲面元件集成為一個由高斯徑向基函數自由曲面描述的元件即多面共體高斯基自由曲面。通過減少離散元件數量減少加工裝調檢測過程中的自由度，從而有效減少加工裝調檢測困難，該方法對自由曲面成像系統的制造、測試和裝配過程具有重要的指導意義。
[0025](2)本專利技術以普通離軸反射系統為初始起點，通過進一步調整系統中鏡面位置以方便集成化，然后基于此，通過擬合算法將多個待集成曲面集成為一個元件，最后對所得到元件參數進一步調整，得到一個成像質量良好的，滿足設計指標的多面共體成像系統。
[0026](3)本專利技術方法簡單，易于實現。為減少實際成像系統的裝調檢測誤差提供了有效解決途徑，且方便簡單、適用性強。
[0027](4)本專利技術適合多類系統包括反射系統、折射本文檔來自技高網...
【技術保護點】
【技術特征摘要】
1.一種多面共體成像系統的設計方法，其特征在于，包括：步驟S1：由若干待集成的鏡面構成所述多面共體成像系統初始結構中的部分元件；獲取所述初始結構中待集成的鏡面的位置分布；步驟S2：對所述待集成的鏡面選取多個采樣點并進行采樣，獲取所述多個采樣點的坐標與法向；獲取所述多面共體成像系統對應的多面共體高斯基自由曲面的矢高殘差與法向殘差；步驟S3：基于所述多面共體高斯基自由曲面的矢高殘差與法向殘差，確定高斯徑向基函數的分布方式，進而確定基于高斯徑向基函數的自由曲面對應的各項參數；基于所述基于高斯徑向基函數的自由曲面對應的各項參數確定所述多面共體成像系統的結構；所述基于高斯徑向基函數的自由曲面是一種自由曲面面形，利用該面形將多個鏡面集成，集成后的面即為多面共體高斯基自由曲面；步驟S4：將所述多面共體高斯基自由曲面的各個參數作為優化變量，調整所述多面共體成像系統中各個鏡面參數，使集成后的多面共體成像系統的系統參數及成像性能均達到預設目標。2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟S1，其中：由若干待集成的鏡面構成所述多面共體成像系統初始結構中的部分元件，所述初始結構還包括未參與集成的其它鏡面元件。3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟S2：對所述待集成的鏡面選取多個采樣點并進行采樣，獲取所述多個采樣點的坐標與法向；獲取所述多面共體成像系統對應的多面共體高斯基自由曲面的矢高殘差與法向殘差，包括：對所述待集成的鏡面選取采樣點并進行采樣，獲取采樣點在局部坐標系下的坐標與法向；獲取待集成的鏡面在全局坐標系下的空間位置信息，即每個待集成鏡面的頂點在全局坐標系下的位置信息；為每個待集成鏡面建立局部坐標系，每個待集成鏡面的頂點是其對應的局部坐標系的原點；基于所述全局坐標系與所述局部坐標系的對應關系，將得到的局部坐標系下采樣點信息轉換為全局坐標系下的點坐標與法向，并預設所述多面共體成像系統中對應的多面共體高斯基自由曲面的初始頂點，在全局坐標系下擬合所述多面共體成像系統對應的多面共體高斯基自由曲面的最優基底球面曲率以及球心坐標，再依據球心坐標與半徑以及預設的初始頂點確定基底球面的頂點；計算基底球面在局部坐標系下的矢高與法向，獲取所述多面共體成像系統對應的多...
【專利技術屬性】
技術研發人員：楊通，周麗軍，程德文，王涌天，
申請(專利權)人：北京理工大學，
類型：發明
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。