[发明专利]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

权利要求书

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，xⁱ表示第i组样本的所有特征值，yⁱ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。