[发明专利]一种自由曲面成像系统的设计方法

权利要求书

1.一种自由曲面成像系统的设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：将设计过程中的每一步得到的系统定义为一个状态，并用矢量s_i表示，其中，i表示当前状态序号；

根据自由曲面成像系统的设计要求，确定一个设计过程的初始系统；其中，初始系统的基本结构形式和设计要求一致，所述基本结构形式包括光路折叠形式、系统中曲面的数量、自由曲面的数量、自由曲面在系统中的出现顺序、各自由曲面所属的面型种类以及孔径光阑为第几个曲面；

初始化一个空的奖赏表，所述奖赏表用于记录表示设计过程中出现的状态的矢量、每个状态下可能出现的设计动作以及每个动作的状态动作值；

初始化一个贪心概率ε，其中0＜ε＜1；

建立设计过程中使用的约束条件，确定对系统优化使用的误差函数以及优化算法；

定义系统状态的奖赏值的计算方法；其中，奖赏值的大小和每个系统状态的成像质量相关；

定义设计过程的终止状态；所述终止状态是指系统状态已经达到终止条件；

记当前设计回合序号为k，设定最大允许的设计回合数k_max；

此时，当前状态序号i＝1，当前设计回合序号k＝1；

将初始系统定义为设计过程的初始状态sⁱⁿⁱ，作为自由曲面成像系统设计的起点，令s₁＝sⁱⁿⁱ；

步骤二：检查奖赏表中是否存在与s_i相同的矢量；如果存在，则提取所有N_i个可供选择的设计工作的状态动作值q_π(s_i,a_j)，如果不存在，则将s_i加入到奖赏表中，并初始化此状态下所有动作的q_π(s_i,a_j)为0；

其中，N_i为s_i下可供选择的设计动作总数，a_j为s_i下第j个可供选择的设计动作，q_π(s_i,a_j)为s_i下第j个可供选择的设计工作的状态动作值，j＝1...N_i；

步骤三：从s_i的所有动作中找到状态动作值最大的动作，记为a*；

在s_i下，设计过程选取a*的概率为1-ε+ε/N_i，取其它任一个动作的概率均为ε/N_i；

按照上述概率分布，挑选出s_i下实际的动作并执行；

然后令i＝i+1，判断是否达到终止状态，如果未达到终止状态，则返回执行步骤二，如果设计过程达到终止状态，则执行步骤四；

步骤四：评价此时系统的成像质量并得到奖赏值R；

在奖赏表中遍历第k个设计回合经过的所有状态以及此状态下选择的动作，对于一个状态-动作对(s_i,a_j)，如果R≥q_π(s_i,a_j)，则令q_π(s_i,a_j)等于R；遍历完成后，第k个设计回合结束；

判断k是否为k_max，若是则设计过程结束，输出设计结果，否则令k＝k+1，i＝i+1，将设计过程返回到初始状态sⁱⁿⁱ，执行步骤二。

2.如权利要求1所述的自由曲面成像系统的设计方法，其特征在于，所述步骤四中，第k个设计回合结束后，在贪心概率ε的要求范围内减小贪心概率ε的值，然后再判断k是否为k_max。

3.如权利要求1所述的自由曲面成像系统的设计方法，其特征在于，所述步骤一中，设计过程中使用的约束条件包括结构约束条件以及畸变约束条件。

4.如权利要求1所述的自由曲面成像系统的设计方法，其特征在于，所述步骤一中，每一步优化使用的误差函数包括基于横向像差的误差函数以及基于波像差的误差函数。