一种超表面的设计方法、装置、设备及存储介质与流程

本发明涉及结构光生成，具体而言，涉及一种超表面的设计方法、装置、设备及存储介质。

背景技术：

1、结构光投影系统是由投影装置和检测装置组成的系统结构，通常使用投影装置投射特定的光信息到物体表面，并使用检测装置采集由物体表面所反射的光信息。此时，根据物体造成的光信号的变化可以计算物体的位置和深度等信息，甚至复原整个三维空间。在结构光的一般使用中，通常投射的是大面积的散斑图案，但是当投射的散斑的投射效果较差时，该散斑在经物体表面反射后，其光强可能会低于检测装置所能检测的阈值，导致该部分的信息丢失，严重影响复原的物体空间信息。

技术实现思路

1、为解决上述散斑的投射效果较差的问题，本发明实施例的目的在于提供一种超表面的设计方法、装置、设备及存储介质。

2、第一方面，本发明实施例提供了一种超表面的设计方法，包括：根据预设图像与第一光源的光源函数，确定当前超表面的相位分布；所述预设图像表示所要投射在投影面的散斑的分布形式示意图，所述预设图像包括多个阵列式排布的投影点，每个所述投影点在所述预设图像中的位置与投射在所述投影面的每个图案的中心点的位置相同；所述第一光源表示用于设计所述当前超表面的光源；基于所述当前超表面的相位分布与第二光源，仿真得到当前图像；所述第二光源表示用于测试所述当前超表面的光源；所述当前图像表示所述第二光源发射的光经所述当前超表面所投射在所述投影面的散斑的图像；若所述当前图像不符合预期要求，以调整所述预设图像中所述投影点的方式，对所述当前超表面的相位分布进行优化，确定优化后的目标相位分布，并按所述目标相位分布生成超表面。

3、可选地，第一光源为平面波，所述第二光源为包括至少一个光源的光源阵列；所述根据预设图像与第一光源的光源函数，确定当前超表面的相位分布包括：采用g-s算法或者迭代傅里叶变换算法，对所述预设图像与所述平面波进行处理，确定所述当前超表面的衍射相位分布；对所述衍射相位分布叠加准直相位分布，得到所述当前超表面的相位分布。

4、可选地，当前超表面包括多个纳米结构；所述准直相位分布满足：

5、

6、其中，表示与所述当前超表面的中心点距离ri的第i个纳米结构调控的相位，且i＝1,2…,n，n为正整数；λ表示工作波长；f表示所述当前超表面的焦平面与所述当前超表面之间的距离。

7、可选地，投影点具有相应的数值，所述投影点的数值表示投射在所述投影面与所述投影点的位置相对应的散斑的光强系数值；所述预期要求包括：所述当前图像中的散斑的光强分布均匀；所述若所述当前图像不符合预期要求，以调整所述预设图像中所述投影点的方式，对所述当前超表面的相位分布进行优化，包括：若所述当前图像中散斑的光强分布不均，以调整所述预设图像中投影点的数值大小的方式，对所述当前超表面的相位分布进行优化。

8、可选地，以调整所述预设图像中投影点的数值大小的方式，对所述当前超表面的相位分布进行优化，包括：对所述当前超表面循环执行第一优化操作，直至优化后的当前超表面对应的当前图像符合所述预期要求；所述第一优化操作，包括：调整得到所述当前超表面的预设图像中，导致所述当前图像不符合所述预期要求的区域所对应的投影点的数值大小，更新所述预设图像；基于更新后的预设图像与所述第一光源的光源函数，更新所述当前超表面的相位分布；根据更新后的当前超表面的相位分布与所述第二光源进行仿真，确定更新后的当前图像；判断更新后的当前图像中散斑的光强是否分布均匀；在所述更新后的当前图像中散斑的光强分布均匀的情况下，将所述更新后的当前超表面的相位分布作为所述目标相位分布。

9、可选地，判断更新后的当前图像中散斑的光强是否分布均匀包括：若所述更新后的当前图像中，散斑的光强所对应的归一化光强差小于预设阈值，确定所述更新后的当前图像中散斑的光强分布均匀；所述归一化光强差是表示所述更新后的当前图像中散斑的光强是否分布均匀的均匀性参数。

10、可选地，归一化光强差满足：

11、

12、其中，a表示所述归一化光强差；imax表示所述更新后的当前图像中光强最强的散斑的峰值；imin表示所述更新后的当前图像中光强最弱的散斑的峰值。

13、可选地，预期要求包括：所述当前图像中的散斑位置分布均匀；所述若所述当前图像不符合预期要求，以调整所述预设图像中所述投影点的方式，对所述当前超表面的相位分布进行优化，包括：若所述当前图像中散斑的位置分布不均，以调整所述预设图像中相邻投影点之间的距离的方式，对所述当前超表面的相位分布进行优化。

14、可选地，以调整所述预设图像中相邻投影点之间的距离的方式，对所述当前超表面的相位分布进行优化，包括：对所述当前超表面循环执行第二优化操作，直至优化后的当前超表面对应的当前图像符合所述预期要求；所述第二优化操作，包括：调整得到所述当前超表面的预设图像中相邻投影点之间的距离，更新所述预设图像；基于更新后的预设图像与所述第一光源的光源函数，更新所述当前超表面的相位分布；根据更新后的当前超表面的相位分布与所述第二光源进行仿真，确定更新后的当前图像；判断更新后的当前图像中散斑的位置是否分布均匀；在所述更新后的当前图像中散斑的位置分布均匀的情况下，将所述更新后的当前超表面的相位分布作为所述目标相位分布。

15、可选地，对所述当前超表面的相位分布进行优化，还包括：以调整所述当前超表面的焦距的方式，对所述当前超表面的相位分布进行优化；所述基于所述当前超表面的相位分布与第二光源，仿真得到当前图像，包括：令所述第二光源的位置维持在所述当前超表面的焦平面处。

16、第二方面，本发明实施例还提供了一种超表面的设计装置，包括：确定模块、仿真模块和优化模块；所述确定模块用于根据预设图像与第一光源的光源函数，确定当前超表面的相位分布；所述预设图像表示所要投射的散斑的分布形式示意图，所述预设图像包括多个阵列式排布的投影点，每个所述投影点用于表示投射在所述预设图像上的每个图案的中心点；所述第一光源表示用于设计所述当前超表面的光源；所述仿真模块用于基于所述当前超表面的相位分布与第二光源，仿真得到当前图像；所述第二光源表示用于测试所述当前超表面的光源；所述当前图像表示所述第二光源发射的光经所述当前超表面所投射的散斑的图像；所述优化模块用于若所述当前图像不符合预期要求，以调整所述预设图像中所述投影点的方式，对所述当前超表面的相位分布进行优化，确定优化后的目标相位分布，并按所述目标相位分布生成超表面。

17、第三方面，本发明实施例提供了一种电子设备，包括处理器和存储器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述存储器中存储的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现上述第一方面所述的超表面的设计方法。

18、第四方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其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第一方面所述的超表面的设计方法。

19、第五方面，本技术还提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，当计算机程序被执行时，可以实现上述第一方面或者第一方面的任一种可能的设计方式所述的超表面的设计方法。

20、本发明实施例上述第一方面提供的方案中，首先通过初步设定的预设图像与第一光源，初步确定当前超表面的相位分布，并基于该当前超表面的相位分布与第二光源进行仿真，得到实际将生成的当前图像；在该当前图像不符合预期要求的情况下，通过调整预设图像中的投影点，优化预设图像，进而优化所确定的当前超表面的相位分布，循环迭代优化的过程，直至仿真获得符合预期要求的当前图像。该方法从根本上调整所设计的超表面所需调控相位对应的预设图像，并可结合仿真快速优化得到符合预期要求的当前超表面的相位分布，如目标相位分布，进而基于该目标相位分布生成超表面，使得该超表面投射散斑的效果较好。

21、为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。