一种透镜优化方法、装置、设备及可读存储介质与流程

1.本发明涉及透镜优化技术领域，具体而言，涉及透镜优化方法、装置、设备及可读存储介质。


背景技术：

2.透镜的设计目标为尽可能的减少成像时的像差，现有vr设备的单片式透镜，例如采用菲涅尔透镜的设计方案，在该方案中，主要校正像差中的场曲和彗差，球差不能完全校正，并且菲涅尔透镜并没有解决场曲、像散等的设计优化问题，使得透镜的成像质量较低，难以达到用户的需求。
3.综上所述，现有的透镜，难以兼容较高的成像质量、便携性和低成本等优势。常用的仿真软件诸如feko、hfss、zemax等无法对透镜进行灵活、高效的仿真、优化设计，尤其是在高频段，对电大尺寸的透镜进行仿真、优化设计需要占用极大的内存资源。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种透镜优化方法、装置、设备及可读存储介质，以改善上述问题。为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
5.第一方面，本技术提供了一种透镜优化方法，包括：
6.获取第一信息,所述第一信息包括采用透镜进行成像的待优化目标；
7.根据所述第一信息和预设优化变量,对物点经所述透镜的成像进行优化处理,得到优化后的成像结果；
8.根据优化后的所述成像结果,获取第二信息,所述第二信息包括筛选所述成像结果中符合所述优化目标的透镜参数值,所述物点经所述透镜成像的像面为像散小于预设阈值的像面。
9.优选地，根据所述第一信息和预设优化变量,对物点经所述透镜的成像进行优化处理,得到优化后的成像结果，包括：
10.根据所述待优化目标和所述优化变量生成目标函数；
11.确定所述优化变量的初始值；
12.根据所述初始值和所述目标函数，获取第三信息，所述第三信息包括所述物点经所述透镜的成像结果；
13.根据所述成像结果与所述待优化目标的对比，调整所述初始值，并根据调整后的优化变量值和所述目标函数获取所述物点经所述透镜的成像结果，直到获取到成像结果符合所述优化目标的透镜参数值为止。
14.优选地，得到优化后的成像结果，其中包括：
15.对所述第一信息进行高斯波束的二维化处理；
16.利用矩量法,对二维化处理后的结果进行仿真分析所述透镜的聚焦效果；
17.采用射线追迹法,对所述透镜的曲线进行优化；
18.根据优化的结果,采用二维矩量法仿真分析验证所述透镜的聚焦效果。
19.优选地，获取第一信息,所述第一信息包括采用透镜进行成像的待优化目标，其中包括：
20.获取第一预设条件，所述第一预设条件包括待优化目标包括所述物点经所述透镜成像在所述像面上的光斑符合的条件；
21.所述物点经所述透镜成像的像差符合第二预设条件，其中，所述物点的光线包括红光、绿光和蓝光；
22.所述物点经所述透镜成像在所述像面上的光斑符合第一预设条件，包括以下一项或多项：所述物点成像在所述像面上的红光斑、绿光斑和蓝光斑的均方根半径小于第一半径值；
23.所述物点成像在所述像面上的红光斑、绿光斑和蓝光斑的几何根半径小于第二半径值，其中，所述像差包括：场曲、像散、畸变、色散、球差和慧差。
24.第二方面，本技术还提供了一种透镜优化装置，包括：
25.获取信息模块：用于获取第一信息,所述第一信息包括采用透镜进行成像的待优化目标；
26.处理模块：用于根据所述第一信息和预设优化变量,对物点经所述透镜的成像进行优化处理,得到优化后的成像结果；
27.筛选模块：用于根据优化后的所述成像结果,获取第二信息,所述第二信息包括筛选所述成像结果中符合所述优化目标的透镜参数值,所述物点经所述透镜成像的像面为像散小于预设阈值的像面。
28.第三方面，本技术还提供了一种透镜优化设备，包括：
29.存储器，用于存储计算机程序；
30.处理器，用于执行所述计算机程序时实现所述透镜优化方法的步骤。
31.第四方面，本技术还提供了一种可读存储介质，所述可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述基于透镜优化方法的步骤。
32.本发明的有益效果为：使得优化后得到的透镜可以满足对各种像差尽可能小的需求，保证了透镜的成像质量，并且仅采用一片透镜，可以兼容便携性和低成本等优势；并且提高了透镜的仿真、优化设计的效率，更加灵活和高效。
33.本发明的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明实施例了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
34.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
35.图1为本发明实施例中所述的透镜优化方法流程示意图；
36.图2为本发明实施例中所述的透镜优化装置结构示意图；
37.图3为本发明实施例中所述的透镜优化设备结构示意图。
38.图中:701、获取信息模块；7011、获取条件单元；7012、第一符合单元；7013、第二符合单元；7014、成像单元；702、处理模块；7021、生成函数单元；7022、确定单元；7023、获取单元；7024、调整单元；7025、处理单元；7026、分析单元；7027、优化单元；7028、验证单元；703、筛选模块；800、透镜优化设备；801、处理器；802、存储器；803、多媒体组件；804、i/o接口；805、通信组件。
具体实施方式
39.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
40.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
41.实施例1：
42.本实施例提供了一种透镜优化方法。
43.参见图1，图中示出了本方法包括步骤s100、步骤s200和步骤s300。
44.s100、获取第一信息,所述第一信息包括采用透镜进行成像的待优化目标。
45.可以理解的是，在本步骤中，包括：
46.获取第一预设条件，所述第一预设条件包括待优化目标包括所述物点经所述透镜成像在所述像面上的光斑符合的条件；
47.所述物点经所述透镜成像的像差符合第二预设条件，其中，所述物点的光线包括红光、绿光和蓝光；
48.所述物点经所述透镜成像在所述像面上的光斑符合第一预设条件，包括以下一项或多项：所述物点成像在所述像面上的红光斑、绿光斑和蓝光斑的均方根半径小于第一半径值；
49.所述物点成像在所述像面上的红光斑、绿光斑和蓝光斑的几何根半径小于第二半径值，其中，所述像差包括：场曲、像散、畸变、色散、球差和慧差。
50.第一方面，物点经透镜成像在像面(即匹兹凡像面)上的光斑符合第一预设条件；
51.第二方面，物点经透镜成像的像差符合第二预设条件。
52.在第一方面中，对于上述物点在像面上成像的光斑特征，基于人眼视觉系统，可以考虑标准的红绿蓝(red、green、blue，简称为：rgb)三色光的光斑，在实际光斑追踪的模拟运算中该三色光的波长分别为：0.486微米(um)、0.587um和0.656um。
53.可选地，物点在像面上的光斑符合第一预设条件的实现方式，可以包括如下几种情况：
54.第一，物点成像在像面上的红光斑、绿光斑和蓝光斑的均方根半径小于第一半径值；
55.第二，物点成像在像面上的红光斑、绿光斑和蓝光斑的几何根半径小于第二半径值。
56.s200、根据所述第一信息和预设优化变量,对物点经所述透镜的成像进行优化处理,得到优化后的成像结果。
57.可以理解的是，在本步骤中，其中包括：
58.根据所述待优化目标和所述优化变量生成目标函数；
59.确定所述优化变量的初始值；
60.根据所述初始值和所述目标函数，获取第三信息，所述第三信息包括所述物点经所述透镜的成像结果；
61.根据所述成像结果与所述待优化目标的对比，调整所述初始值，并根据调整后的优化变量值和所述目标函数获取所述物点经所述透镜的成像结果，直到获取到成像结果符合所述优化目标的透镜参数值为止。
62.根据实际设计的要求设置优化目标和优化变量后，可以通过优化变量对物点经透镜的成像进行优化处理，本发明实施例中的物点都是基于人眼瞳孔的出瞳点，在对物点成像进行优化的过程中，由于优化变量是可变量，可以通过不断调整改变优化变量中的部分或全部变量，找到成像结果符合设置的优化目标的优化变量值，这些优化变量值中包括透镜参数值，后续可以采用该透镜参数值制造透镜，得到成像结果符合优化目标的vr设备。调整优化变量的过程可以是计算机软件处理的过程，例如将与透镜成像中各种像差相关的计算公式以目标函数的方式写入到计算机程序中，程序通过不断的调整目标函数中的目标变量向目标函数迭代，经过足够的迭代后达到设定的优化目标后程序停止迭代，得到满足优化目标的目标参数的数值，此时得到的目标参数的数值中就包括透镜参数值。
63.本发明实施例提供的方法中，其中一个设计要求为：物点经透镜成像的像面为像散小于预设阈值的像面，即要求像散无限接近于零。说明子午像面和弧矢像面均为对称于光轴的曲面，为透镜成像中像散像差的示意图，当子午像面和弧矢像面不重合时，两者之间的轴向距离称为像散，即t’和s’之间的轴向距离，当像散为零时，子午像面和弧矢像面重合在一起，但像面弯曲仍然存在，此时的弯曲的像面称为匹兹凡场曲像面(以下简称为：匹兹凡像面)。本发明实施例中物点成像的像面即上述匹兹凡像面，也就是说，本发明实施例提供的方法在匹兹凡像面上对透镜进行优化，即该优化方法中直接选取像散无限接近于零的像面进行优化。
64.需要说明的是，在本步骤中，还包括：
65.对所述第一信息进行高斯波束的二维化处理；
66.利用矩量法,对二维化处理后的结果进行仿真分析所述透镜的聚焦效果；
67.采用射线追迹法,对所述透镜的曲线进行优化；
68.根据优化的结果,采用二维矩量法仿真分析验证所述透镜的聚焦效果。
69.需要说明的是，矩量法分析电磁问题，需要先根据目标确定合适的积分方程，然后选用合适的基函数将积分方程中的未知函数进行离散化，选用合适的试函数进行抽样检验，而后矩阵求逆得出待求未知函数的值。
70.s300、根据优化后的所述成像结果,获取第二信息,所述第二信息包括筛选所述成像结果中符合所述优化目标的透镜参数值,所述物点经所述透镜成像的像面为像散小于预设阈值的像面。
71.可以理解的是，在本步骤中，在本发明实施例的一种实现方式中，从优化设计的理念触发，可以对这些像差设定符合人眼视觉特征的优化目标，例如包括以下一项或多项：
72.第一，物点成像的子午场曲和弧矢场曲的位置接近，使得像散小于预设阈值；
73.第二，物点成像的畸变和色散在预设视野范围内小于预设阈值；
74.第三，物点成像在像面上的球差和慧差小于预设阈值。
75.现有温浴设备，试管在恒温环境反应结束后，需要从设备内提取出来，借助自然光或者灯光观测反应状态，自然光或者灯光存在亮度及颜色的差异，会影响观测结果。
76.在本实施例中，根据技术原理：利用了凸透镜的成像规律:内部背光板及观测样本(反应杯)到透镜的距离小于焦距，实验观察者通过透镜另一侧观察现象时，会得到一个放大的成像，从而帮助观察者观测实验结果。背光板采用更接近自然光的色温，背光板调整到合适亮度后，为观测者提供了一个相对日光灯以及各种气候环境下的自然光更合适的观测条件。将设备内含发热块，发热后维持在固定温度，为反应杯提供一个温浴环境。反应杯内部试剂与样本反应后，产生颜色变化。反应结束时，设备内部背光板发光，光线透过反应杯液体，向外发散，经过优化后的透镜放大后，将放大后的颜色信号，反馈给观察者。
77.可选地，在本发明实施例的另一种实现方式中，像差符合第二预设条件，可以包括：物点经透镜成像的场曲、像散、畸变、色散、球差和慧差的加权值小于预设像差阈值。
78.本发明后实施例从物点成像后像差的计算值为设计目标出发，要求物点成像时，像差中每项的值尽可能小，也就是所有像差值的加权值尽可能小(像差中每项值对视觉的影响对应各自的加权系数)，即最终得到的像差值尽可能小。
79.实施例2：
80.如图2所示，本实施例提供了一种透镜优化装置，参见图2所述装置包括一种透镜优化装置，包括：
81.获取信息模块701：用于获取第一信息,所述第一信息包括采用透镜进行成像的待优化目标；
82.处理模块702：用于根据所述第一信息和预设优化变量,对物点经所述透镜的成像进行优化处理,得到优化后的成像结果；
83.筛选模块703：用于根据优化后的所述成像结果,获取第二信息,所述第二信息包括筛选所述成像结果中符合所述优化目标的透镜参数值,所述物点经所述透镜成像的像面为像散小于预设阈值的像面。
84.具体地，所述处理模块702，包括：
85.生成函数单元7021：用于根据所述待优化目标和所述优化变量生成目标函数；
86.确定单元7022：用于确定所述优化变量的初始值；
87.获取单元7023：用于根据所述初始值和所述目标函数，获取第三信息，所述第三信息包括所述物点经所述透镜的成像结果；
88.调整单元7024：用于根据所述成像结果与所述待优化目标的对比，调整所述初始值，并根据调整后的优化变量值和所述目标函数获取所述物点经所述透镜的成像结果，直
到获取到成像结果符合所述优化目标的透镜参数值为止。
89.具体地，所述处理模块702，其中还包括：
90.处理单元7025：用于对所述第一信息进行高斯波束的二维化处理；
91.分析单元7026：用于利用矩量法,对二维化处理后的结果进行仿真分析所述透镜的聚焦效果；
92.优化单元7027：用于采用射线追迹法,对所述透镜的曲线进行优化；
93.验证单元7028：用于根据优化的结果,采用二维矩量法仿真分析验证所述透镜的聚焦效果。
94.具体地，获取信息模块701，其中包括：
95.获取条件单元7011：用于获取第一预设条件，所述第一预设条件包括待优化目标包括所述物点经所述透镜成像在所述像面上的光斑符合的条件；
96.第一符合单元7012：用于所述物点经所述透镜成像的像差符合第二预设条件，其中，所述物点的光线包括红光、绿光和蓝光；
97.第二符合单元7013：用于所述物点经所述透镜成像在所述像面上的光斑符合第一预设条件，包括以下一项或多项：所述物点成像在所述像面上的红光斑、绿光斑和蓝光斑的均方根半径小于第一半径值；
98.成像单元7014：用于所述物点成像在所述像面上的红光斑、绿光斑和蓝光斑的几何根半径小于第二半径值，其中，所述像差包括：场曲、像散、畸变、色散、球差和慧差。
99.需要说明的是，关于上述实施例中的装置，其中各个模块执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。
100.实施例3：
101.相应于上面的方法实施例，本实施例中还提供了一种透镜优化设备，下文描述的一种透镜优化设备与上文描述的一种透镜优化方法可相互对应参照。
102.图3是根据示例性实施例示出的一种透镜优化设备800的框图。如图3所示，该透镜优化设备800可以包括：处理器801，存储器802。该透镜优化设备800还可以包括多媒体组件803，i/o接口804，以及通信组件805中的一者或多者。
103.其中，处理器801用于控制该透镜优化设备800的整体操作，以完成上述的透镜优化方法中的全部或部分步骤。存储器802用于存储各种类型的数据以支持在该透镜优化设备800的操作，这些数据例如可以包括用于在该透镜优化设备800上操作的任何应用程序或方法的指令，以及应用程序相关的数据，例如联系人数据、收发的消息、图片、音频、视频等等。该存储器802可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，例如静态随机存取存储器(static random access memory，简称sram)，电可擦除可编程只读存储器(electrically erasable programmable read-only memory，简称eeprom)，可擦除可编程只读存储器(erasable programmable read-only memory，简称eprom)，可编程只读存储器(programmable read-only memory，简称prom)，只读存储器(read-only memory，简称rom)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。多媒体组件803可以包括屏幕和音频组件。其中屏幕例如可以是触摸屏，音频组件用于输出和/或输入音频信号。例如，音频组件可以包括一个麦克风，麦克风用于接收外部音频信号。所接收的音频信号可以被进一步存储在存储器802或通过通信组件805发送。音频组件还包括至少一个扬声器，用于输出音频信号。i/o
接口804为处理器801和其他接口模块之间提供接口，上述其他接口模块可以是键盘，鼠标，按钮等。这些按钮可以是虚拟按钮或者实体按钮。通信组件805用于该透镜优化设备800与其他设备之间进行有线或无线通信。无线通信，例如wi-fi，蓝牙，近场通信(near fieldcommunication，简称nfc)，2g、3g或4g，或它们中的一种或几种的组合，因此相应的该通信组件805可以包括：wi-fi模块，蓝牙模块，nfc模块。
104.在一示例性实施例中，透镜优化设备800可以被一个或多个应用专用集成电路(application specific integrated circuit，简称asic)、数字信号处理器(digitalsignal processor，简称dsp)、数字信号处理设备(digital signal processing device，简称dspd)、可编程逻辑器件(programmable logic device，简称pld)、现场可编程门阵列(field programmable gate array，简称fpga)、控制器、微控制器、微处理器或其他电子元件实现，用于执行上述的透镜优化方法。
105.在另一示例性实施例中，还提供了一种包括程序指令的计算机可读存储介质，该程序指令被处理器执行时实现上述的透镜优化方法的步骤。例如，该计算机可读存储介质可以为上述包括程序指令的存储器802，上述程序指令可由透镜优化设备800的处理器801执行以完成上述的透镜优化方法。
106.实施例4：
107.相应于上面的方法实施例，本实施例中还提供了一种可读存储介质，下文描述的一种可读存储介质与上文描述的一种透镜优化方法可相互对应参照。
108.一种可读存储介质，可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述方法实施例的透镜优化方法的步骤。
109.该可读存储介质具体可以为u盘、移动硬盘、只读存储器(read-only memory，rom)、随机存取存储器(random access memory，ram)、磁碟或者光盘等各种可存储程序代码的可读存储介质。
110.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
111.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。