[發(fā)明專利]微結(jié)構(gòu)透鏡陣列和基于微結(jié)構(gòu)透鏡陣列的空間定位方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010672030.2
• 申請日: 2020-07-14
• 公開（公告）號: CN111796345B
• 公開（公告）日: 2021-07-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳樹琪;劉文瑋;瑪?shù)啬?/a>;程化;田建國
• 申請（專利權(quán)）人: 南開大學(xué)
• 主分類號: G02B3/00
• 分類號: G02B3/00;G06N3/12
• 代理公司: 北京超凡宏宇專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 11463
• 代理人: 安衛(wèi)靜

本發(fā)明提供了一種微結(jié)構(gòu)透鏡陣列和基于微結(jié)構(gòu)透鏡陣列的空間定位方法，微結(jié)構(gòu)透鏡陣列包括至少兩個(gè)微結(jié)構(gòu)透鏡，微結(jié)構(gòu)透鏡包括多個(gè)棱柱元胞，棱柱元胞包括二氧化硅襯底和放在二氧化硅襯底上面的氧化鈦棱柱，包括：多個(gè)棱柱元胞之間呈周期性排布。本發(fā)明緩解了現(xiàn)有技術(shù)中存在的透鏡體積大、定位精度較低的技術(shù)問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種微結(jié)構(gòu)透鏡陣列和基于微結(jié)構(gòu)透鏡陣列的空間定位方法。

背景技術(shù)

現(xiàn)有技術(shù)中采用的常規(guī)透鏡陣列進(jìn)行定位，存在如下缺點(diǎn)：一、常規(guī)透鏡體積較大，不利于定位系統(tǒng)的微型化；二、常規(guī)透鏡陣列定位的精度較低。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種微結(jié)構(gòu)透鏡陣列和基于微結(jié)構(gòu)透鏡陣列的空間定位方法，以緩解了現(xiàn)有技術(shù)中存在的透鏡體積大、定位精度較低的技術(shù)問題。

第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種微結(jié)構(gòu)透鏡陣列，所述微結(jié)構(gòu)透鏡陣列包括至少兩個(gè)微結(jié)構(gòu)透鏡，所述微結(jié)構(gòu)透鏡包括多個(gè)棱柱元胞，所述棱柱元胞包括二氧化硅襯底和放在所述二氧化硅襯底上面的氧化鈦棱柱，包括：所述多個(gè)棱柱元胞之間呈周期性排布。

進(jìn)一步地，所述氧化鈦棱柱為氧化鈦八棱柱。

進(jìn)一步地，所述二氧化硅襯底為正六邊形結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步地，所述周期性排布包括：六邊形密堆積排布。

進(jìn)一步地，所述至少兩個(gè)微結(jié)構(gòu)透鏡之間呈密接排布。

第二方面，本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種基于微結(jié)構(gòu)透鏡陣列的空間定位方法，應(yīng)用于上述第一方面所述的微結(jié)構(gòu)透鏡陣列，包括：獲取被觀測目標(biāo)通過所述微結(jié)構(gòu)透鏡陣列成的目標(biāo)圖像；所述目標(biāo)圖像包括多個(gè)所述被觀測目標(biāo)的像，一個(gè)微結(jié)構(gòu)透鏡對應(yīng)一個(gè)被觀測目標(biāo)的像；利用遺傳算法對所述目標(biāo)圖像進(jìn)行校正，得到校正之后的目標(biāo)圖像；其中，所述遺傳算法的待優(yōu)化變量包括：所述目標(biāo)圖像在水平方向的縮放量、水平方向的平移量、垂直方向的縮放量、垂直方向的平移量，所述目標(biāo)圖像的畸變校正因子；基于所述校正之后的目標(biāo)圖像，確定所述被觀測目標(biāo)的像的大小和每兩個(gè)被觀測目標(biāo)的像之間的目標(biāo)距離；基于所述被觀測目標(biāo)的像的大小、所述目標(biāo)距離和所述微結(jié)構(gòu)透鏡的周期距離，確定所述被觀測目標(biāo)的空間位置。

進(jìn)一步地，利用遺傳算法對所述目標(biāo)圖像進(jìn)行校正，得到校正之后的目標(biāo)圖像，包括：基于所述目標(biāo)圖像，確定所述待優(yōu)化變量；利用遺傳算法對所述待優(yōu)化變量進(jìn)行優(yōu)化，得到優(yōu)化之后的變量；其中，所述遺傳算法的適應(yīng)函數(shù)為所述目標(biāo)圖像中每兩個(gè)被觀測目標(biāo)的像之間的差函數(shù)；基于所述優(yōu)化之后的變量對所述目標(biāo)圖像進(jìn)行校正，得到校正之后的目標(biāo)圖像。

進(jìn)一步地，基于所述校正之后的目標(biāo)圖像，確定所述被觀測目標(biāo)的像的大小和每兩個(gè)被觀測目標(biāo)的像之間的目標(biāo)距離，包括：利用預(yù)設(shè)特征檢測算法，獲取所述校正之后的目標(biāo)圖像中每個(gè)被觀測目標(biāo)的像的特征點(diǎn)；測量每兩個(gè)被觀測目標(biāo)的像的特征點(diǎn)之間的距離，得到目標(biāo)距離；獲得所述校正之后的目標(biāo)圖像中，所述被觀測目標(biāo)的像的大小。

進(jìn)一步地，基于所述目標(biāo)距離和所述微結(jié)構(gòu)透鏡的周期距離，確定所述被觀測目標(biāo)的空間位置，包括：通過如下算式，確定所述被觀測目標(biāo)在垂直于水平方向的坐標(biāo)：S_⊥＝fD/(D-d)；S_⊥表示所述被觀測目標(biāo)在垂直于觀測平面方向的第一坐標(biāo)，f表示所述微結(jié)構(gòu)透鏡的焦距，D表示所述目標(biāo)距離，d表示所述微結(jié)構(gòu)透鏡的周期距離；通過如下算式，確定所述被觀測目標(biāo)的大小：δ＝Δ(D-d)/d；δ表示所述被觀測目標(biāo)的大小，△表示所述被觀測目標(biāo)的像的大小；基于所述被觀測目標(biāo)的大小，確定所述被觀測目標(biāo)在所述觀測平面上的第二坐標(biāo)；基于所述第一坐標(biāo)和所述第二坐標(biāo)，確定所述被觀測目標(biāo)的空間位置。

第三方面，本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種電子設(shè)備，包括存儲器、處理器及存儲在所述存儲器上并可在所述處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)實(shí)現(xiàn)上述第二方面所述的方法的步驟。