priborИзвестия высших учебных заведений. ПриборостроениеJournal of Instrument Engineering0021-34542500-0381Национальный исследовательский университет ИТМО10.17586/0021-3454-2026-69-8-703-714pribor-583Research ArticleОПТИЧЕСКИЕ И ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ И КОМПЛЕКСЫOPTICAL AND OPTOELECTRONIC DEVICES AND COMPLEXESБыстрый алгоритм оценки бликозащищенности объективов камер мобильных устройствFast Algorithm for Assessing the Flare Resistance of Mobile Device Camera LensesЯньВанYanWang

Ван Янь - аспирант; факультет программной инженерии и компьютерной техники

Санкт-Петербург

Wang Yan - Post-Graduate Student; ITMO University, Faculty of Software Engineering and Computer Systems     

St. Petersburg

wangyan@itmo.ruПотеминИ. С.PoteminI. S.

Игорь Станиславович Потемин - канд. техн. наук; факультет программной инженерии и компьютерной техники; доцент

Санкт-Петербург

Igor S. Potemin - PhD; Faculty of Software Engineering and Computer Systems; Associate Professor   

St. Petersburg

ispotemin@itmo.ruЖдановД. Д.ZhdanovD. D.

Дмитрий Дмитриевич Жданов - канд. физ.-мат. наук; факультет программной инженерии и компьютерной техники; доцент

Санкт-Петербург

Dmitry D. Zhdanov - PhD; Faculty of Software Engineering and Computer Systems; Associate Professor

St. Petersburg

ddzhdanov@mail.ruУниверситет ИТМОРоссияITMO UniversityRussian Federation202606092026698703714Copyright © Национальный исследовательский университет ИТМО, 20262026Национальный исследовательский университет ИТМОНациональный исследовательский университет ИТМОhttps://pribor.ifmo.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://pribor.ifmo.ru/jour/article/view/583

Оценка влияния паразитной засветки, вызванной нежелательными отражениями между преломляющими поверхностями линз, является одним из важнейших этапов процесса проектирования оптических систем, формирующих изображение. Традиционно применяемые для такой оценки методы стохастической трассировки лучей требуют огромного количества вычислений из-за необходимости осуществлять трассировку десятков и даже сотен миллионов лучей для получения качественного изображения бликов в плоскости фотоприемника. Кроме того, расчет бликов с использованием стохастической трассировки очень времязатратен, так как число лучей, претерпевающих отражение на преломляющей поверхности, гораздо меньше числа преломленных лучей, формирующих расчетное изображение. С целью повышения эффективности расчета предложен алгоритм, базирующийся на методе детерминистической трассировки лучей для блика заданного порядка с применением адаптивной интерполяции координат паразитных лучей на изображении по координатам этих лучей на входном зрачке объектива. Суть предложенного подхода заключается в уменьшении количества трассируемых лучей за счет использования адаптивной интерполяции. Применение предложенного алгоритма демонстрируется на примере расчета бликов в оптических системах объективов мобильных телефонов. Предлагаемый алгоритм рекомендуется для использования в системах автоматизированного проектирования оптических систем.

Assessing the impact of stray light caused by undesirable reflections between the refractive surfaces of lenses is one of the most important stages in the process of designing optical systems that form an image. The stochastic ray tracing methods traditionally used for such an assessment require a huge amount of computation due to the need to trace tens and even hundreds of millions of rays to obtain a highquality image of glare in the plane of the photodetector. Furthermore, calculating glare using stochastic tracing is very timeconsuming, since the number of rays undergoing reflection on the refractive surface is much smaller than the number of refracted rays forming the calculated image. To improve the efficiency of the calculation, an algorithm is proposed based on the deterministic ray tracing method for a glare of a given order, using adaptive interpolation of the coordinates of spurious rays in the image based on the coordinates of these rays as they appear at the entrance pupil of the lens. The essence of the proposed approach lies in reducing the number of traced rays through the use of adaptive interpolation. The application of the proposed algorithm is demonstrated using the example of calculating glare in optical systems of mobile phone lenses. The proposed algorithm is recommended for use in computeraided design systems for optical systems.

расчет бликовадаптивная интерполяцияпаразитная засветкаанализ бликовдетерминистическая трассировка лучейрендерингspecular highlight calculationadaptive interpolationparasitic glarespecular highlight analysisdeterministic ray tracingrenderingReferencesFest E. C. Stray Light Analysis and Control. Bellingham, WA, USA: SPIE Press, 2013. 212 p.Fest E.C. Stray Light Analysis and Control, Bellingham, WA, USA, SPIE Press, 2013, 212 p.Zeng C., Xia G., Zhong X., Li L., Qu Z., Yang Q., Wang Y. Fast Stray Light Performance Evaluation Based on BSDF and Radiative Transfer Theory // Sensors. 2023. Vol. 23. Р. 9182. https://doi.org/10.3390/s23229182.Zeng C., Xia G., Zhong X., Li L., Qu Z., Yang Q., Wang Y. Sensors, 2023, vol. 23, рр. 9182, https://doi.org/10.3390/s23229182.Davenport T. L. R., Cassarly W. J., Crowther B. Simulation-based computation of the glare spread function in camera systems // Proc. SPIE. 2024. Vol. 12913. Optical Architectures for Displays and Sensing in Augmented, Virtual, and Mixed Reality (AR, VR, MR) V. Р. 1291314. https://doi.org/10.1117/12.3002837.Davenport T.L.R., Cassarly W.J., Crowther B. Proc. SPIE, 2024, vol. 12913, Optical Architectures for Displays and Sensing in Augmented, Virtual, and Mixed Reality (AR, VR, MR) V, рр. 1291314, https://doi.org/10.1117/12.3002837.Zhdanov D., Potemin I., Zhdanov A., Kinev I. Methods of visual analysis in the design of the stray light protection of optical devices // Optical Engineering. 2023. Vol. 62, N 2. P. 021002. DOI: 10.1117/1.OE.62.2.021002.Zhdanov D., Potemin I., Zhdanov A., Kinev I. Optical Engineering, 2023, no. 2(62), pp. 021002, DOI: 10.1117/1.OE.62.2.021002.Barladyan B. K. et al. Illumination modeling and generation of realistic images using internet technologies // Program. Comput. Softw. 2005. Vol. 31, N 5. Р. 282–291.Barladyan B.K. et al., Program. Comput. Softw., 2005, no. 5(31), pp. 282–291.Zhdanov D., Kinev I., Zhdanov A., Potemin I., Wang Y. Using multicriteria for ray propagation to analyze scattered light in optical devices // Proc. SPIE. 2022. Vol. 12315. P. 123150R. DOI: 10.1117/12.2644000.Zhdanov D., Kinev I., Zhdanov A., Potemin I., Wang Y. Proc. SPIE, 2022, vol. 12315, pp. 123150R, DOI: 10.1117/12.2644000.Li J., Yang Y., Qu X., Jiang C. Stray Light Analysis and Elimination of an Optical System Based on the Structural Optimization Design of an Airborne Camera // Appl. Sci. 2022. Vol. 12. Р. 1935. https://doi.org/10.3390/app12041935.Li J., Yang Y., Qu X., Jiang C. Appl. Sci., 2022, Vol. 12, рр. 1935, https://doi.org/10.3390/app12041935.Côté G., Lalonde J., and Thibault S. Deep learning-enabled framework for automatic lens design starting point generation // Opt. Express. 2021. Vol. 29. Р. 3841–3854.Côté G., Lalonde J., and Thibault S. Opt. Express, 2021, vol. 29, рр. 3841–3854.Nguyen D. H. and Bakholdin A. V. Calculation automation of “cemented doublet with a singlet” and “singlet with a cemented doublet” objectives // J. Opt. Technol. 2023. Vol. 90. Р. 6–13.Nguyen D.H. and Bakholdin A.V. J. Opt. Technol., 2023, vol. 90, рр. 6–13.Wang Y., Zhdanov D., Zhdanov A., Potemin I. Constructing a metric for the selection of a starting optical design // Proc. SPIE. 2024. Vol. 13237. P. 132370I. DOI: 10.1117/12.3036463.Wang Y., Zhdanov D., Zhdanov A., Potemin I. Proc. SPIE, 2024, vol. 13237, pp. 132370I, DOI: 10.1117/12.3036463.Pharr M., Jakob W., Humphreys G. Physically Based Rendering: From Theory to Implementation. M.: Morgan Kaufmann, 2016. 1266 p.Pharr M., Jakob W., Humphreys G. Physically Based Rendering: From Theory to Implementation, Morgan Kaufmann, 2016, 1266 p.Pat. US6992840B2. Photographing lens / Hotaka Takeuchi, Yoichi Ishikawa Yasuhiko Abe. Published 2006-01-31.Patent US6992840B2, Photographing lens, Hotaka Takeuchi, Yoichi Ishikawa Yasuhiko Abe, Published 2006-01-31.Zhdanov D. D., Potemin I. S., Zhdanov A. D. Dual Representation of Geometry for Ray Tracing Acceleration in Optical Systems with Freeform Surfaces // Programming and Computer Software. 2024. Vol. 50, N 3. P. 273–282. DOI: 10.1134/S0361768824700087.Zhdanov D.D., Potemin I.S., Zhdanov A.D. Programming and Computer Software, 2024, no. 3(50), pp. 273–282, DOI: 10.1134/S0361768824700087.Wang Y., Zhdanov D., Zhdanov A., Potemin I., Wang Z. Calculation of the entrance pupil contour for image synthesis using the backward ray-tracing method // Proc. SPIE. 2025. Vol. 13716. P. 137161K. DOI: 10.1117/12.3076154.Wang Y., Zhdanov D., Zhdanov A., Potemin I., Wang Z. Proceedings of SPIE, 2025, vol. 13716, pp. 137161K, DOI: 10.1117/12.3076154.Lumicept: Hybrid Light Simulation Software [Электронный ресурс]: http://www.integra.jp/enLumicept: Hybrid Light Simulation Software, http://www.integra.jp/en.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.