[发明专利]一种多面共体成像系统的设计方法

权利要求书

1.一种多面共体成像系统的设计方法，其特征在于，包括：

步骤S1：由若干待集成的镜面构成所述多面共体成像系统初始结构中的部分元件；获取所述初始结构中待集成的镜面的位置分布；

步骤S2：对所述待集成的镜面选取多个采样点并进行采样，获取所述多个采样点的坐标与法向；获取所述多面共体成像系统对应的多面共体高斯基自由曲面的矢高残差与法向残差；

步骤S3：基于所述多面共体高斯基自由曲面的矢高残差与法向残差，确定高斯径向基函数的分布方式，进而确定基于高斯径向基函数的自由曲面对应的各项参数；基于所述基于高斯径向基函数的自由曲面对应的各项参数确定所述多面共体成像系统的结构；所述基于高斯径向基函数的自由曲面是一种自由曲面面形，利用该面形将多个镜面集成，集成后的面即为多面共体高斯基自由曲面；

步骤S4：将所述多面共体高斯基自由曲面的各个参数作为优化变量，调整所述多面共体成像系统中各个镜面参数，使集成后的多面共体成像系统的系统参数及成像性能均达到预设目标；

确定基于高斯径向基函数的自由曲面对应的各项参数，包括：

步骤S31：基于部署于所述多面共体成像系统中基于高斯径向基函数的自由曲面上的高斯径向基函数的分布方式，获取所述部署于所述多面共体高斯基自由曲面上不同区域的高斯径向基函数的行数、列数、相邻高斯径向基函数中心间距以及各高斯径向基函数在x,y方向上的标准差；

步骤S32：基于所述多面共体高斯基自由曲面的矢高残差与法向残差，确定用于评价拟合精度的评价函数；设置循环次数num＝1；

步骤S33：基于部署于所述多面共体高斯基自由曲面上不同区域的高斯径向基函数的行数、列数、相邻高斯径向基函数中心间距以及各高斯径向基函数在x,y方向上的标准差，确定所述高斯径向基函数对应的各项权重系数，记为当前参数组合；

步骤S34：将所述当前参数组合输入所述评价函数，若得到的评价值低于第一预设阈值或循环次数小于第二预设阈值，则将相邻高斯径向基函数中心间距增加第一步长值,将各高斯基函数x,y方向上的标准差增加第二步长值，将num的值赋值为num加1，进入步骤S33；否则，将所述当前参数组合对应的各项参数作为所述高斯径向基函数对应的各项参数。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S1，其中：由若干待集成的镜面构成所述多面共体成像系统初始结构中的部分元件，所述初始结构还包括未参与集成的其它镜面元件。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S2：对所述待集成的镜面选取多个采样点并进行采样，获取所述多个采样点的坐标与法向；获取所述多面共体成像系统对应的多面共体高斯基自由曲面的矢高残差与法向残差，包括：

对所述待集成的镜面选取采样点并进行采样，获取采样点在局部坐标系下的坐标与法向；获取待集成的镜面在全局坐标系下的空间位置信息，即每个待集成镜面的顶点在全局坐标系下的位置信息；为每个待集成镜面建立局部坐标系，每个待集成镜面的顶点是其对应的局部坐标系的原点；基于所述全局坐标系与所述局部坐标系的对应关系，将得到的局部坐标系下采样点信息转换为全局坐标系下的点坐标与法向，并预设所述多面共体成像系统中对应的多面共体高斯基自由曲面的初始顶点，在全局坐标系下拟合所述多面共体成像系统对应的多面共体高斯基自由曲面的最优基底球面曲率以及球心坐标，再依据球心坐标与半径以及预设的初始顶点确定基底球面的顶点；计算基底球面在局部坐标系下的矢高与法向，获取所述多面共体成像系统对应的多面共体高斯基自由曲面的矢高残差与法向残差；所述最优基底球面，是指通过结合采样点坐标信息利用最小二乘法拟合所得到的基底球面。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多面共体成像系统对应的基于高斯径向基函数自由曲面的矢高表达式为:

其中，z(x,y)为基于高斯径向基函数的自由曲面在(x,y)点处的矢高，c为基底球面曲率，i为第i个高斯基，N为所用到的高斯基数量，w_i为高斯径向基函数对应的权重系数，(x_i,y_i)为第i个高斯径向基函数的中心位置，σ_x和σ_y为相应的高斯径向基在x和y方向的标准差。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S1，由若干待集成的镜面构成所述多面共体成像系统初始结构中的部分元件，所述初始结构还包括未参与集成的其它镜面元件。