一种利用编程调节成像参数的光学成像系统及方法

摘要

本发明公开了一种利用编程调节成像参数的光学成像系统及方法，该系统包括：计算机、环境因素生成器及透光部件，通过获取满足成像要求的透光部件的光学参数，根据所述光学参数与环境因素的对应关系进行计算机编程，生成环境因素生成器的控制程序；在进行成像时，发光部件发出的光经过透光部件成像在像面上，计算机通过所述控制程序控制所述环境因素生成器，由所述环境因素生成器调节所述透光部件的环境因素，使透光部件的光学参数达到成像要求，在实施过程中只需要导入对应的程序就可以在多种不同要求的成像系统中重复使用，在满足成像要求的前提下有效降低了加工难度及加工成本。

权利要求

1.一种利用编程调节成像参数的光学成像系统，其特征在于，该系统包括：计算机、环境因素生成器及透光部件；其中，

所述计算机用于获取满足成像要求的透光部件的光学参数，根据所述光学参数与环境因素的对应关系进行计算机编程，生成环境因素生成器的控制程序；其中，所述成像要求至少包括：成像放大一定倍数，成像的球差、彗差、像散、场曲、畸变及色差趋近于零；

在进行成像时，发光部件发出的光经过透光部件成像在像面上，所述计算机通过所述控制程序控制所述环境因素生成器，由所述环境因素生成器调节所述透光部件的环境因素，使透光部件的光学参数达到成像要求。

2.根据权利要求1所述的利用编程调节成像参数的光学成像系统，其特征在于，所述计算机包括：

光学参数计算模块，用于根据光学像差理论计算满足成像要求的透光部件的光学参数。

3.根据权利要求2所述的利用编程调节成像参数的光学成像系统，其特征在于，所述透光部件的光学参数至少包括：光焦度、折射率和色散系数的分布。

4.根据权利要求3所述的利用编程调节成像参数的光学成像系统，其特征在于，所述计算机包括：

编程模块，用于根据所述透光部件的光焦度、折射率和色散系数的分布与环境因素的对应关系进行计算机编程，生成环境因素生成器的控制程序；

其中，所述控制程序用于在已知光焦度、折射率及色散系数的情况下控制所述环境因素生成器，由所述环境因素生成器调节所述透光部件的环境因素，使透光部件的光学参数达到成像要求。

5.根据权利要求1所述的利用编程调节成像参数的光学成像系统，其特征在于，所述环境因素至少包括：声音、振动、温度、电压、电流、磁场、光强、大气压强、湿度及密度在内的一种或多种的组合。

6.根据权利要求1所述的利用编程调节成像参数的光学成像系统，其特征在于，在进行成像时，发光部件发出的光经过透光部件成像在像面上，所述计算机通过所述控制程序控制所述环境因素生成器，由所述环境因素生成器调节所述透光部件的环境因素，使透光部件的光学参数达到成像要求，包括：当所述环境因素发生变化时，所述透光部件的折射率和色散系数发生相应的变化；其中，所述折射率和色散系数的变化与环境因素的变化为线性或非线性。

7.一种利用编程调节成像参数的光学成像方法，其特征在于，该方法包括：获取满足成像要求的透光部件的光学参数；其中，所述成像要求至少包括：成像放大一定倍数，成像的球差、彗差、像散、场曲、畸变及色差趋近于零；

根据所述光学参数与环境因素的对应关系进行计算机编程，生成环境因素生成器的控制程序；

在进行成像时，发光部件发出的光经过透光部件成像在像面上，所述计算机通过所述控制程序控制所述环境因素生成器，由所述环境因素生成器调节所述透光部件的环境因素，使透光部件的光学参数达到成像要求。

8.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求7所述方法。

9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求7所述方法。

说明书

一种利用编程调节成像参数的光学成像系统及方法

技术领域

[0001] 本发明涉及成像技术领域，尤指一种利用编程调节成像参数的光学成像系统及方法。

背景技术

[0002] 在成像领域，光学系统的像差主要包含七种，分别为球差、彗差、像散、场曲、畸变、轴向色差、垂轴色差，由于这些像差的存在，极大的影响到了成像效果，使拍摄到的物体所
成的像变得模糊不清，从伽利略制作的第一台望远镜开始，科学家们在设计成像装置的时
候主要考虑的就是在满足放大倍数的要求下如何有效降低上述七种像差。之所以存在上述
像差，究其根本主要是因为目前光学材料和材料表面的曲率面型的加工能力做不到完美消
除公差。

[0003] 要想最大限度的降低像差的影响，必须要在光学材料的曲率面型和光学材料上进行改进。在现有的成像光学系统主要是靠多片透镜、多种材料、多种曲率半径、多种面型，再
配合各种光学元件之间的距离才能实现最大限度的减小像差，在这个过程中通过引入自由
曲面或是多阶非球面可以消除某一种像差，比如球差，但是仍然不能完美的消除其他像差。
并且，现有的光学系统主要是由多种材料配合的透镜组构成光学元件数量往往比较多，占
用的空间比较大，加工公差和装配公差也比较严格，从而导致生产难度大，加工费用高昂。

[0004] 综上来看，亟需一种能够克服上述问题，能够有效消除像差的光学成像技术方案。

发明内容

[0005] 为解决现有技术存在的问题，本发明提出了一种利用编程调节成像参数的光学成像系统及方法；该系统及方法通过计算机编程来控制作用到透光部件上的一种或多种环境
因素，使透光部件的光焦度、折射率及色散系数达到成像要求，从而使待成像物体经过透光
部件后得到一个满足放大倍数，且像差趋近于零的成像，在实施过程中只需要导入对应的
程序就可以在多种不同要求的成像系统中重复使用，在满足成像要求的前提下，同时降低
了加工难度及加工成本。

[0006] 在本发明实施例的第一方面，提出了一种利用编程调节成像参数的光学成像系统，该系统包括：计算机、环境因素生成器及透光部件；其中，

[0007] 所述计算机用于获取满足成像要求的透光部件的光学参数，根据所述光学参数与环境因素的对应关系进行计算机编程，生成环境因素生成器的控制程序；

[0008] 在进行成像时，发光部件发出的光经过透光部件成像在像面上，所述计算机通过所述控制程序控制所述环境因素生成器，由所述环境因素生成器调节所述透光部件的环境
因素，使透光部件的光学参数达到成像要求。

[0009] 进一步的，所述计算机包括：

[0010] 光学参数计算模块，用于根据光学像差理论计算满足成像要求的透光部件的光学参数。

[0011] 进一步的，所述透光部件的光学参数至少包括：光焦度、折射率和色散系数的分布。

[0012] 进一步的，所述计算机包括：

[0013] 编程模块，用于根据所述透光部件的光焦度、折射率和色散系数的分布与环境因素的对应关系进行计算机编程，生成环境因素生成器的控制程序；

[0014] 其中，所述控制程序用于在已知光焦度、折射率及色散系数的情况下控制所述环境因素生成器，由所述环境因素生成器调节所述透光部件的环境因素，使透光部件的光学
参数达到成像要求。

[0015] 进一步的，所述成像要求至少包括：成像放大一定倍数，成像的球差、彗差、像散、场曲、畸变及色差趋近于零。

[0016] 进一步的，所述环境因素至少包括：声音、振动、温度、电压、电流、磁场、光强、大气压强、湿度及密度在内的一种或多种的组合。

[0017] 进一步的，在进行成像时，发光部件发出的光经过透光部件成像在像面上，所述计算机通过所述控制程序控制所述环境因素生成器，由所述环境因素生成器调节所述透光部
件的环境因素，使透光部件的光学参数达到成像要求，包括：

[0018] 当所述环境因素发生变化时，所述透光部件的折射率和色散系数发生相应的变化；其中，所述折射率和色散系数的变化与环境因素的变化为线性或非线性。

[0019] 在本发明实施例的第二方面，提出了一种利用编程调节成像参数的光学成像方法，该方法包括：

[0020] 获取满足成像要求的透光部件的光学参数；

[0021] 根据所述光学参数与环境因素的对应关系进行计算机编程，生成环境因素生成器的控制程序；

[0022] 在进行成像时，发光部件发出的光经过透光部件成像在像面上，所述计算机通过所述控制程序控制所述环境因素生成器，由所述环境因素生成器调节所述透光部件的环境
因素，使透光部件的光学参数达到成像要求。

[0023] 在本发明实施例的第三方面，提出了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现利
用编程调节成像参数的光学成像方法。

[0024] 在本发明实施例的第四方面，提出了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现利用编程调节成像参数
的光学成像方法。

[0025] 本发明提出的利用编程调节成像参数的光学成像系统及方法，通过获取满足成像要求的透光部件的光学参数，根据所述光学参数与环境因素的对应关系进行计算机编程，
生成环境因素生成器的控制程序；在进行成像时，发光部件发出的光经过透光部件成像在
像面上，所述计算机通过所述控制程序控制所述环境因素生成器，由所述环境因素生成器
调节所述透光部件的环境因素，使透光部件的光学参数达到成像要求，在实施过程中只需
要导入对应的程序就可以在多种不同要求的成像系统中重复使用，在满足成像要求的前提
下有效降低了加工难度及加工成本。

附图说明

[0026] 为了更清楚地说明本申请实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，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它的附图。

[0027] 图1是本发明一实施例的利用编程调节成像参数的光学成像系统架构示意图。

[0028] 图2是本发明一具体实施例的计算机包含的模块示意图。

[0029] 图3是本发明一实施例的利用编程调节成像参数的光学成像方法流程示意图。

[0030] 图4是本发明一实施例的计算机设备结构示意图。

具体实施方式

[0031] 下面将参考若干示例性实施方式来描述本发明的原理和精神。应当理解，给出这些实施方式仅仅是为了使本领域技术人员能够更好地理解进而实现本发明，而并非以任何
方式限制本发明的范围。相反，提供这些实施方式是为了使本公开更加透彻和完整，并且能
够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。

[0032] 本领域技术人员知道，本发明的实施方式可以实现为一种系统、装置、设备、方法或计算机程序产品。因此，本公开可以具体实现为以下形式，即：完全的硬件、完全的软件
（包括固件、驻留软件、微代码等），或者硬件和软件结合的形式。

[0033] 以下所使用的术语“模块”或者“单元”，可以是实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组
合的实现也是可能并被构想的。下面参考本发明的若干代表性实施方式，详细阐释本发明
的原理和精神。

[0034] 根据本发明的实施方式，提出了一种利用编程调节成像参数的光学成像系统及方法。

[0035] 图1是本发明一实施例的利用编程调节成像参数的光学成像系统架构示意图。

[0036] 如图1所示，该系统包括：计算机100、环境因素生成器200及透光部件300；其中，

[0037] 所述计算机100用于获取满足成像要求的透光部件的光学参数，根据所述光学参数与环境因素的对应关系进行计算机编程，生成环境因素生成器的控制程序；

[0038] 在进行成像时，发光部件400发出的光经过透光部件300成像在像面500上，所述计算机100通过所述控制程序控制所述环境因素生成器200，由所述环境因素200生成器调节
透光部件的环境因素，使透光部件300的光学参数达到成像要求。

[0039] 为了对上述利用编程调节成像参数的光学成像系统进行更为清楚的解释，下面结合一个具体的实施例来进行说明。

[0040] 参考图2，为本发明一具体实施例的计算机包含的模块示意图。

[0041] 如图2所示，所述计算机100包括：

[0042] 光学参数计算模块110，用于根据光学像差理论计算满足成像要求的透光部件的光学参数。

[0043] 其中，所述透光部件的光学参数至少包括：光焦度、折射率和色散系数的分布。

[0044] 编程模块120，用于根据所述透光部件的光焦度、折射率和色散系数的分布与环境因素的对应关系进行计算机编程，生成环境因素生成器的控制程序；

[0045] 其中，所述控制程序用于在已知光焦度、折射率及色散系数的情况下控制所述环境因素生成器，由所述环境因素生成器调节所述透光部件的环境因素，使透光部件的光学
参数达到成像要求。

[0046] 由于通过光学像差理论提前计算好能够满足成像要求的透光部件300的光焦度、折射率和色散系数的分布，因此，计算机100的编程主要是基于透光部件300的光焦度、折射
率和色散系数与环境因素的对应关系，利用计算机程序在已知光焦度、折射率、色散系数的
前提下，控制环境因素生成器200的参数即可实现成像要求。

[0047] 其中，所述成像要求至少包括：成像放大一定倍数，成像的球差、彗差、像散、场曲、畸变及色差趋近于零。

[0048] 所述环境因素至少包括：声音、振动、温度、电压、电流、磁场、光强、大气压强、湿度及密度在内的一种或多种的组合。

[0049] 其中，“密度”一般指大气密度，也可以是透明液体或是透明胶体的密度，泛指能够对透光部件产生作用效果的，并可填充到透光部件周围环境的透明物体。

[0050] 另外，环境因素并不仅限于此，可能对透光部件产生作用效果的环境因素，皆应在本申请的保护范围内。

[0051] 透光部件300是采用对环境因素非常灵敏的透光材料，当环境因素发生改变的时候，它的内部折射率和色散系数的分布可以是均匀的也可以是非均匀的，在配合曲率表面
的作用下，实现对各种像差的校正。

[0052] 在成像的过程中，当所述环境因素发生变化时，所述透光材料的折射率和色散系数发生相应的变化。透光材料的折射率和色散系数与环境因素的对应关系是线性的或非线
性的，且敏感度不同（有的敏感度高，有的敏感度低）；这些对应关系可以通过实验进行测
试。

[0053] 以温度举例，举例中所采用的数值仅为示例性说明，并非具体限定：

[0054] 1、若想知道温度和某种材料的折射率的关系，可以使用折射率测试仪器实时测量该材料的折射率；首先将环境温度降至‑100℃，然后以1℃的温度间隔进行升温，逐渐达到
200℃，最后记录每个温度下所对应的折射率值，二者的关系通过多点拟合可以制作出一条
曲线或是直线，继而确定符合二者关系的方程。

[0055] 2、若想知道温度和某种材料的色散系数的关系，可以使用色散系数测试仪器实时测量该材料的色散系数；首先将环境温度降至‑100℃，然后以1℃的温度间隔进行升温，逐
渐达到200℃，最后记录每个温度下所对应的色散系数值，二者的关系通过多点拟合可以制
作出一条曲线或是直线，继而确定符合二者关系的方程；

[0056] 以上示例性的列举了“温度”环境因素发生变化时，与材料的折射率、色散系数的对应关系，其他的环境因素也会对透光材料的折射率和色散系数有相应的关系，如声音、振
动、温度、电压、电流、磁场、光强、大气压强、湿度或密度。

[0057] 若某一种环境因素对折射率或色散系数没有影响或影响极低（可以忽略），而另外一些环境因素对折射率或是色散系数有较明显的影响，这样更加方便使用环境因素生成器
来对折射率和色散系数进行控制。

[0058] 根据透光材料的特性，需要在前期对每种透光材料的大量测试，记录每一种环境因素与该透光材料的折射率和色散系数的对应关系，例如，透光材料的折射率对温度非常
敏感，却对磁场的变化基本没有改变，而色散系数却与之相反，对温度不敏感，基本不随温
度的改变而发生变化，却对磁场的改变非常敏感。基于这些对应关系，可以通过编程设置符
合折射率和色散系数要求的温度和磁场参数，从而控制环境因素生成器产生相应的温度和
磁场参数。

[0059] 在一实施例中，环境因素生成器200还可以对透光材料的形状进行控制，例如，液晶透光材料，从而改变透光材料的折射率和色散系数。

[0060] 进一步的，根据成像的需要，可以通过修改计算机程序来调节环境因素，从而调节透光部件的光焦度、折射率及色散系数等光学参数，在成像时，待成像物体经过透光部件后
可得到一个满足放大倍数要求且球差、彗差、像散、场曲、畸变、色差均接近于零的像。

[0061] 在介绍了本发明示例性实施方式的系统之后，接下来，参考图3对本发明示例性实施方式的利用编程调节成像参数的光学成像方法进行介绍。

[0062] 利用编程调节成像参数的光学成像方法的实施可以参见上述系统的实施，重复之处不再赘述。

[0063] 基于同一发明构思，本发明还提出了一种利用编程调节成像参数的光学成像方法，如图3所示，该方法包括：

[0064] 步骤S1，获取满足成像要求的透光部件的光学参数。

[0065] 其中，可以根据光学像差理论计算满足成像要求的透光部件的光学参数。

[0066] 所述透光部件的光学参数至少包括：光焦度、折射率和色散系数的分布。

[0067] 所述成像要求至少包括：成像放大一定倍数，成像的球差、彗差、像散、场曲、畸变及色差趋近于零。

[0068] 步骤S2，根据所述光学参数与环境因素的对应关系进行计算机编程，生成环境因素生成器的控制程序。

[0069] 其中，所述环境因素至少包括：声音、振动、温度、电压、电流、磁场、光强、大气压强、湿度及密度在内的一种或多种的组合。

[0070] 具体的，可以根据所述透光部件的光焦度、折射率和色散系数的分布与环境因素的对应关系进行计算机编程，生成环境因素生成器的控制程序；

[0071] 其中，所述控制程序用于在已知光焦度、折射率及色散系数的情况下控制所述环境因素生成器，由所述环境因素生成器调节所述透光部件的环境因素，使透光部件的光学
参数达到成像要求。

[0072] 步骤S3，在进行成像时，发光部件发出的光经过透光部件成像在像面上，所述计算机通过所述控制程序控制所述环境因素生成器，由所述环境因素生成器调节所述透光部件
的环境因素，使透光部件的光学参数达到成像要求。

[0073] 当所述环境因素发生变化时，所述透光部件的折射率和色散系数发生相应的变化；其中，所述折射率和色散系数的变化与环境因素的变化为线性或非线性。

[0074] 需要说明的是，尽管在上述实施例及附图中以特定顺序描述了本发明方法的操作，但是，这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些操作，或是必须执行全部所
示的操作才能实现期望的结果。附加地或备选地，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一
个步骤执行，和/或将一个步骤分解为多个步骤执行。

[0075] 基于前述发明构思，如图4所示，本发明还提出了一种计算机设备400，包括存储器410、处理器420及存储在存储器410上并可在处理器420上运行的计算机程序430，所述处理
器420执行所述计算机程序430时实现前述利用编程调节成像参数的光学成像方法。

[0076] 基于前述发明构思，本发明提出了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现前述利用编程调节成像参
数的光学成像方法。

[0077] 本发明提出的利用编程调节成像参数的光学成像系统及方法，通过获取满足成像要求的透光部件的光学参数，根据所述光学参数与环境因素的对应关系进行计算机编程，
生成环境因素生成器的控制程序；在进行成像时，发光部件发出的光经过透光部件成像在
像面上，所述计算机通过所述控制程序控制所述环境因素生成器，由所述环境因素生成器
调节所述透光部件的环境因素，使透光部件的光学参数达到成像要求，在实施过程中只需
要导入对应的程序就可以在多种不同要求的成像系统中重复使用，在满足成像要求的前提
下有效降低了加工难度及加工成本。

[0078] 本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实
施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机
可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD‑ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产
品的形式。

[0079] 本发明是参照根据本发明实施例的方法和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、
以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计
算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使
得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一
个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

[0080] 这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指
令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或
多个方框中指定的功能。

[0081] 这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或
其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一
个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

[0082] 最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发
明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：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，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻
易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使
相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，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所述以权利要求的保护范围为准。