Быстрый алгоритм оценки бликозащищенности объективов камер мобильных устройств

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.

1. Fest E. C. Stray Light Analysis and Control. Bellingham, WA, USA: SPIE Press, 2013. 212 p.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. 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.

6. 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.

7. 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.

8. 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.

9. 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.

10. 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.

11. Pharr M., Jakob W., Humphreys G. Physically Based Rendering: From Theory to Implementation. M.: Morgan Kaufmann, 2016. 1266 p.

12. Pat. US6992840B2. Photographing lens / Hotaka Takeuchi, Yoichi Ishikawa Yasuhiko Abe. Published 2006-01-31.

13. 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.

14. 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.

15. Lumicept: Hybrid Light Simulation Software [Электронный ресурс]: http://www.integra.jp/en