光线追迹

摘要： 针对卫星发射前在轨数据缺乏导致的无法进行成像质量评估、链路分析及几何处理算法验证等问题,提出了一种基于光线追迹的长线列摆扫式热像仪在轨几何成像仿真方法。首先根据光学系统结构及成像特点,构建了长线列摆扫式热像仪严格几何定位模型;然后,基于姿轨仿真数据、DOM和DEM辅助数据,通过光线追迹及重投影算法实现了像元视矢量的空间投影及成像仿真;最后,提出了基于“广义”修正矩阵的几何检校方法,通过修正定位模型提高了仿真影像定位精度。实验结果表明,该方法可实现长线列摆扫式热像仪任意轨道位置的几何成像仿真,检校后仿真影像定位精度优于2个像元。该研究为空间光学载荷在轨几何成像仿真提供了新思路,对成像链路误差源分析、几何定位及检校方法研究具有重要意义。

摘要： 为了支持塔式光热技术的设计、实施、优化及电厂的运行控制,创建了塔式光热系统吸热器热力学模型和小定日镜跟踪控制和校验系统,并成功应用于子系统性能以及发电厂总产量的预测,保障了电厂运行期间定日镜的高追踪精度和高可利用率。在光热项目开发中,这些模型发挥了关键作用。比如36.6 MW的SunDrop太阳能发电站,自2016年夏天投产以来,收集了大量运行数据,以评估各子系统性能模型的准确性。将系统各项能量损失预测值与实际运行中的测量值进行对照,结果表明实测吸收功率超出预测吸收功率,相比预测吸收功率,裕量分别达到-1.4%、+8.3%、+5.3%和+0.3%,完全位于预期置信度区间内,电厂性能不仅达到预期,实际上在调试阶段已大大超出预期。在每种情况下测量的实验数据都能高度准确地验证模型预测。对Sundrop农场项目,可用率保证值为98%,商运期间可用率达到了99.5%以上。

摘要： 角锥棱镜具有将光线原路返回的特性,其还会改变入射光线的偏振态。本研究先建立角锥棱镜模型,通过光线追迹,并利用矢量光学法来计算每个反射面的光矢量,得出角锥棱镜出入射光反向平行这一光学特性。同时,在立体几何中详细描述角锥棱镜某一入射和反射光线之间的坐标变化,得到光线沿该路径传播的琼斯矩阵解析表达式。通过反射矩阵和旋转矩阵来计算出角锥棱镜6种传播路径的琼斯矩阵,发现角锥棱镜内存在2条特殊的传播路径,沿该路径传播的线偏振光被角锥棱镜反射后仍是线偏振光。本研究的研究结果对环形腔选模提供了参考。

摘要： 利用三级光线追迹法,结合自聚焦透镜的成像规律推导并模拟计算了自聚焦透镜成像时的球差、慧差、畸变、场曲.最后与一般成像系统像差公差进行了比较.结果表明:自聚焦透镜的各类像差均大于其像差公差,这种现象以彗差和畸变最为明显.

摘要： 为了提高光学合成孔径成像系统的成像质量,减小杂散光对成像系统的影响,文中结合杂散光辐照度计算结果和相机参数对光学合成孔径系统进行了杂散光分析.在杂散光分析软件TracePro中建立了系统的光机模型,对系统进行杂散光追迹,分析了杂散辐射主要来源.仿真分析结果表明:设计的遮光罩,采用设置光阑、消杂光螺纹和发黑、涂消光漆等杂散光抑制措施,在光学系统太阳光与光学系统光轴夹角大于1°时,点源透过率均≤10-4,达到了杂散光抑制的要求,验证了文中杂散光抑制方法的有效性.

摘要： 众所周知,在天基空间监视系统当中,获取到可见光相机对空间目标的成像信息是至关重要的一项任务,其对于解决识别目标、仿真验证跟踪算法、选取参数以及分析可见光相机的可行性等问题有着非常重要的价值和作用.天基监视系统成像链路中涉及因素非常之多,因此,在其具体研究工作当中必须要对多方因素进行综合考量之后再制定和执行方案与计划,保证方案计划实施的可行性与实效性.本文将基于光线追踪的空间目标成像仿真方法进行深入的分析和探究.

摘要： 为了提高光学合成孔径成像系统的成像质量,减小杂散光对成像系统的影响,文中结合杂散光辐照度计算结果和相机参数对光学合成孔径系统进行了杂散光分析.在杂散光分析软件TracePro中建立了系统的光机模型,对系统进行杂散光追迹,分析了杂散辐射主要来源.仿真分析结果表明:设计的遮光罩,采用设置光阑、消杂光螺纹和发黑、涂消光漆等杂散光抑制措施,在光学系统太阳光与光学系统光轴夹角大于1°时,点源透过率均≤10-4,达到了杂散光抑制的要求,验证了文中杂散光抑制方法的有效性.

摘要： 致冷红外系统的设计无法避免冷反射问题,通常需要复杂化光学系统来减弱冷反射的影响。通过分析致冷红外系统的冷反射特性,提出差分阈值冷反射校正法,可以放宽光学设计阶段对冷反射的限制,不用特意考虑冷反射。系统优化完成后进行光线追迹,以模拟真实场景中的冷反射现象,再通过本方法消除冷反射。设计了致冷红外光学系统,采用该方法处理后,从主观上看,图像明显清晰,从客观上看,多个图像质量评价函数均有所提高。结果表明,该方法可以有效减弱致冷红外系统冷反射,简化光学系统设计,对系统小型化、轻量化具有重要意义。

摘要： 针对现有教材对光学系统中波像差计算介绍存在的不足,探究地提出了一种光线追迹计算光学系统波前像差的方法,它易于学生掌握和理解,并能将波前像差与几何像差紧密地结合起来.先证明光线光程差的计算方法,然后介绍了光路计算公式,并针对该组公式提出了一种初始数据计算方法,最后对Cooke物镜和负透镜的波像差进行计算,并得到了Zemax光学设计软件数据的证明,结果表明,该方法可在相关课程推广介绍.

摘要： 本文提出了一种基于光线追迹的遥感卫星光学系统成像仿真方法，并建立了相应的仿真模型，模型包括畸变，像差和渐晕等部分。仿真中利用ZEMAX 软件来实现光学系统的光线追迹运算。文中利用真实航空图像进行了仿真实验，并给出仿真结果，结果证明此仿真理论正确，可以得到较好的遥感卫星光学系统仿真结果。

摘要： 杂散光会降低成像对比度、降低信噪比，是影响空间光学遥感器成像质量的重要因素。利用OptisWorks软件对某R-C系统相机进行了杂散光分析，对相机整体结构进行建模和光线追迹，并进行光线逆向追迹，明确杂散光的来源，为消除杂散光提供了依据。

摘要： 塔式高温吸热器的SiC 泡沫金属吸热体组件中,极不均匀分布的热流密度会导致吸热器换热效率降低,局部温度过高甚至烧毁现象的出现.本文采用自编程的蒙特卡罗光线追迹程序模拟了太阳辐射在吸热器中的传播过程,计算求得了吸热体内的热流密度分布情况.由随机光子在传播特性可知,不同的系统参数会对吸热体内辐射分布产生影响.本文根据太阳辐射在吸热器中的传播顺序,依次考察了入射光倾角、3D-CPC 几何形状、多孔介质的安装位置、多孔介质的几何形状以及厚度、吸收系数与消光系数比值以及孔隙率等因素对SiC 泡沫金属吸热体内吸收辐射分布的影响,研究结果可以为太阳能吸热器的结构设计和材料选择提供参考.

摘要： 为了分析高功率准分子激光主振荡功率放大(MOPA)系统中各光学元件稳定性对靶面光斑定位精度的影响，本文建立了分析模型，利用分析结果指导高稳定性镜架设计以满足系统实验需求。根据高功率准分子激光MOPA系统特点，有效地简化了系统光路，建立了系统光路模型;按照系统打靶精度要求，利用三维坐标变换和光线追迹法，计算得到了系统单个光学元件稳定性对靶面光斑定位精度的影响规律;最后，对自行设计的镜架进行了稳定性测量。计算结果表明，反射镜的旋转变化和透镜垂直光轴的平移变化是影响靶面光斑定位精度的主要因素，且主放大光路中反射镜在X方向和Y方向上最大的变化范围分别不能超过0．8和1．6μrad。实际测量结果表明，设计的镜架在X方向和Y方向最大的变化范围分别为0．6和O．81μrad，满足系统实验要求。

摘要： 介绍了一种新型多曲面槽式太阳能聚光集热系统的工作原理,在计算机上进行三维建模,利用光学分析软件对该聚光集热系统安装平面型接收器和圆柱型接收器进行光线追迹分析,考察了接收器上的接收光束随入射光束角度的变化情况。通过追迹模拟,直观地再现了聚焦光线的分布、焦线宽度、偏心量和光线传输效率随入射偏角的变化。并对两种接收器类型产生的聚焦结果进行了比较分析,给出定量结果。

摘要： 设计了一种新型的复眼位标器，用来探测低空飞行目标，该复眼位标器具有大视场和高灵敏度的特点，可以快速的探测目标物体的运动参数。介绍了复眼模型的结构和将要采用的制作方法。详细说明了复眼探测的光学信号处理方法。首先利用Zemax对子眼成像通道进行光线追迹，然后采用基于LM算法的神经网络训练，建立各个通道物象对应关系。为了检验神经网络标定算法的效果，传统的基于二次多项式拟合的算法被采用来进行对比。实验结果表明，神经网络算法可以提供更好的精度，从像点可以准确的预测主光线的方向角（10-3-10-4rad），而且具有易于集成，方便快捷的特点。此外还进行了目标定位检测的仿真实验，计算了若干目标点的坐标，坐标相对误差在3%以内，实现了目标探测的基本要求。

摘要： 本文简要回顾了笔者2000年至今从事照明设计工作的一些感想,总结了建筑室外景观照明设计的方法和流程,论述了创作过程中如何借鉴其他的艺术门类,提出了照明设计师应承担的社会责任.本文也可以看作是笔者从事照明设计工作十多年的一次反思.

摘要： 本文简要回顾了笔者2000年至今从事照明设计工作的一些感想,总结了建筑室外景观照明设计的方法和流程,论述了创作过程中如何借鉴其他的艺术门类,提出了照明设计师应承担的社会责任.本文也可以看作是笔者从事照明设计工作十多年的一次反思.

摘要： 本文简要回顾了笔者2000年至今从事照明设计工作的一些感想,总结了建筑室外景观照明设计的方法和流程,论述了创作过程中如何借鉴其他的艺术门类,提出了照明设计师应承担的社会责任.本文也可以看作是笔者从事照明设计工作十多年的一次反思.

摘要： 本发明公开了一种基于实验光线追迹原理的透镜焦距测量技术与装置，属于光学测量技术领域。由两个点光源确定的空间光线以确定的离轴量平行于光轴入射待测透镜，通过点衍射干涉方法精确追迹该光线通过透镜后的出射光线与光轴的夹角来测量焦距。将被测透镜插入两薄膜分光镜之间，调节透镜，使同心干涉图的中心位于两相机中心，采集干涉图，其相位极值点即为初始零位。给待测透镜施加一系列离轴量，用两台相机分别采集干涉图并处理得到光程极值点位置，计算两个出瞳面上的光程极值位置到光轴的距离差，进而拟合得出焦距测量系数。依据事先标定的两相机成像面间距，代入公式计算得到被测透镜的焦距。该装置结构简单，可以实现透镜焦距的无损、快速、精确测量。

摘要： 本发明公开了一种基于光线追迹仿真模型的氢同位素固体光场重构方法，包括：(1)利用建模软件建立样品室仿真模型，然后导入光线追迹软件，对材料特性、光源特性进行设定，进行光线追迹；(2)将微球样品的氢同位素冰层按照高度角进行区域划分；(3)在光线追迹软件得到微球样品的冰层的入射光线表格，按照氢同位素固体光场重构算法，计算出微球样品的冰层各个子区域的体加热率分布。利用本发明，可以实现高效且高精度的微球样品中氢同位素固体冰层的体加热率分布计算。

摘要： 本发明提供了一种基于多波长光线追迹的透明物体重建方法及系统，所述方法包括利用摄像机标定的内参计算得到摄像机一个像素点的反向光线方程；在显示屏上放置透明物体，背光照明光源向显示屏发出两种或以上不同波长的光线，记录光线在显示屏上的位置信息；沿垂直显示屏的方向平移显示屏，计算所述像素点记录的不同波长的光线在透明物体下表面到显示屏的光线的直线方程；通过所述像素点反向追踪不同波长光线在透明物体内部的折射光线结合以上光线方程唯一确定透明物体上表面一点和下表面多点的三维信息；重复以上所有步骤，根据摄像机不同像素点的成像光路信息计算出所述透明物体表面上其它点的三维坐标，从而实现了透明物体的高精度和高鲁棒性的三维重建。

摘要： 本发明公开了一种光线追迹的面形三维测量系统，包括光源、整形及准直透镜、微反射镜阵列DMD、TIR棱镜、透镜组、待测样品、镜头和含有精密运动机构的探测器CCD，本发明具有以下优点：(1)本发明采用微反射镜阵列DMD器件和光源可以精确的控制入射光线的位置。(2)本发明采用高精度运动导轨和控制器作为探测器的定位。(3)本发明通过入射光的扫描路径设置。(4)本发明可以测量多种类型的样品，包括透射样品的波前信息、反射样品的面形和波前信息以及镀半透半反膜透射样品两个表面之间的信息。

摘要： 本申请公开了一种通过光线追迹进行补光灯组设置的数据处理方法及装置，方法包括：确定摄像头的参数以及监测距离；根据摄像头的参数以及监测距离初步设定对应的补光灯组；确定补光灯组的配光曲线和辐射通量；根据摄像头的参数以及监测距离得到对应的视场；根据视场确定对应的标靶；对补光灯组的配光曲线和辐射通量进行光线追迹，得到追迹结果，然后获取标靶上的辐射通量；根据追迹结果、标靶上的辐射通量对补光灯组的电流大小、补光灯角度以及补光灯数量进行调整。达到了通过模拟即可实现摄像机灯板设计的目的，从而实现了可以提前预知选型的补光灯组方案是否可行，并能够节省反复的物料备料成本及过程，减少频繁的户外测试，使项目计划可控。

摘要： 本发明公开了一种基于哈特曼光线追迹的非均匀介质场的测量方法，包括采用彩色三步移相法对影像进行计算并得到相位信息，采用反积分曲线三维重建算法计算得到测量空间内部存在的空气介质的折射率的变化数据；本发明采用彩色三步移相法，结合三维非均匀介质场的反积分曲线三维重建算法，通过投影屏和远心光学系统的组合设置，实现了对非均匀介质场的测量光线的准确追迹及对三维空间折射率的瞬态折射特性测量，大大提高了测量精确度和效率；并且基于哈特曼光线追迹的非均匀介质场的测量系统整体设计精密，测量精度高，成本较低，应用范围广，具有重要的理论意义和工程应用价值，适合推广应用。

摘要： 本发明公开了一种基于哈特曼光线追迹的非均匀介质场的测量系统及其方法，包括内部存在非均匀介质场的测量空间、用于向测量空间射出与光轴形成偏转角为θ的入射光线的投影屏、用于对入射光线穿透测量空间内部的非均匀介质场折射形成平行于光轴的偏折光线进行汇聚成影像的物方远心光学系统；本发明采用彩色三步移相法，结合三维非均匀介质场的反积分曲线三维重建算法，通过投影屏和远心光学系统的组合设置，实现了对非均匀介质场的测量光线的准确追迹及对三维空间折射率的瞬态折射特性测量，大大提高了测量精确度和效率；并且该系统整体设计精密，测量精度高，成本较低，应用范围广，具有重要的理论意义和工程应用价值，适合推广应用。

摘要： 本发明公开了一种基于光纤点衍射干涉实验光线追迹的像差测量技术与装置，属于光学测量技术领域。利用两个光纤点光源模拟空间中的任意一条入射光线，点衍射产生近似理想的球面波，通过待测透镜和薄膜分光镜，在两个CCD像面上发生干涉。出射光线与像面相交于两个点光源到达像面的光程差极值点，其坐标可通过干涉图处理得到，连接两个交点就能追迹出射光线的方向。沿子午和弧矢方向整体移动两个点光源，可以分别模拟两个面内不同孔径高的入射光线。旋转待测透镜可以模拟倾斜光线的入射。按照几何像差的定义测量了球面镜的四种几何像差。该方法原理和结构简单，且无需参考镜，能实现光学系统几何像差的直接测量。

摘要： 本发明公开了一种利用调制平移变换的Harvey散射模型进行散射光线追迹的方法，首先根据入射光线方向确定抽样区域调制参数，之后将描述Harvey散射模型的双向反射分布函数BRDF改写为积分存在解析解的调制函数，在此基础上构造散射光线追迹概率模型对天顶角与方位角进行模拟采样，将采样点坐标转换为二次方向余弦坐标系中的坐标后作平移变化，通过限制条件筛选出有效样本，最终确定散射光线方向余弦。散射光线能量可通过BRDF、散射光线数量与入射光线能量求解。本发明通过抽样区域调制参数将BRDF改写为积分存在解析解的调制函数，解决了难以构建散射光线追迹概率模型的问题，同时避免了坐标平移导致的能量损失，最终可以实现Harvey散射模型散射光线追迹。

摘要： 本发明涉及一种基于NURBS表面的光学系统高精度光线追迹方法及装置。该方法及装置包括：通过正向和逆向构造方式，生成基于NURBS的光机面形表达；根据光线规模，制定光线包分配和并行计算策略；利用光机面形节点信息，构造一级BVH包围盒；对曲面元进行细化，生成包含子曲面元的二级BVH包围盒；采用拟牛顿法迭代求解出光线与光机面形交点高精度值。该方法及装置基于NURBS数学表征方法，结合规模化光线分包策略、并行运算策略、特定离散采样方案等，通过设计分级的BVH加速数据结构，在获取优异的迭代初值下，通过拟牛顿法，实现高精度追迹精度，同时有效提升交互效率。