本发明涉及视光学技术领域，特别涉及一种基于模拟退火算法的placido盘面型设计方法。
背景技术：
角膜提供了眼睛光学系统的大部分屈光能力，占总屈光力的70％以上。因此，其微小的变化将会造成人眼屈光状态的巨大变化，对图像聚焦在视网膜上的清晰度产生显著影响，影响人的视力。因此需要对角膜进行精确的测量。
基于placido盘的角膜地形图仪系统使用由一系列黑白同心环作为物面，经过角膜成像在传感器上，传感器位于板的中心孔后面，后续通过计算机分析由角膜反射的虚像，可以得到角膜不同位置处的曲率。其具有结构简单、测量方便等的优点，应用的最为广泛。
placido盘的形状将对成像的质量有重要影响，在先专利(cn111803025a)中，placido盘系统使用圆锥体、半球体、圆柱形或椭圆形表面作为物面，目的是减小由于面型带来的像差。但是这种设计应用范围较小，面型加工复杂。
技术实现要素：
本发明的目的提供一种基于模拟退火算法的placido盘面型设计方法，解决上述现有技术问题中的一个或多个。
本发明提出一种基于模拟退火算法的placido盘面型设计方法，包括：
预设角膜顶点到角膜地形图仪中placido盘顶点的距离和角膜顶点到角膜地形图仪中光阑的距离；
设置placido盘的面型对应的表达式；
计算光阑处的像差函数；
以像差函数作为评价函数，以placido盘表面参数为变量，进行模拟退火运算，计算得到像差最小时的placido盘表面参数。
在某些实施方式中，所述光阑处的像差函数根据像差原理计算。
在某些实施方式中，所述placido盘的面型为旋转二次曲面。
在某些实施方式中，在所述角膜顶点处建立空间坐标系，以角膜顶点o'为原点，以主光轴为z轴，placido盘的面型对应的表达式为x2 y2＝a(z-h) b(z-h)2，a＝-2r，r为placido盘顶点处的半径值，b代表旋转二次曲线的类型，h代表角膜顶点到角膜地形图仪中placido盘顶点的距离。
在某些实施方式中，b与旋转二次曲面类型的关系为：
当b＜-1，旋转二次曲面的类型为扁椭球；
当b＝-1，旋转二次曲面的类型为球体；
当-1＜b＜0，旋转二次曲面的类型为长椭球；
当b＝0，旋转二次曲面的类型为抛物面；
当b＞0，旋转二次曲面的类型为双曲面。
在某些实施方式中，所述模拟退火运算的过程如下：
预设变量初始值t、l、tf,在每个温度t下，得到计算结果，然后将温度降低得到另一个结果，l为每个固定温度下的最大迭代次数，tf为参考值，
4.1、随机生成一组初始解，预设降温的函数为tnew＝ht；
4.2、计算，包括如下过程：
4.2.1、预设c＝0，c是一个迭代计数器；
4.2.2、随机产生一组新的placido盘表面参数，计算新解，并与初始解比较，进行选择；
4.2.3、c＝c 1，如果c≤l，转到4.2.2；
4.2.4、如果t≤tf,转到4.3；
4.2.5、更新温度，程序将会回到步骤4.2.1；
4.3、停止；
4.4、输出此时的placido盘表面参数的数值。
在某些实施方式中，步骤4.2.2中选择的过程如下：
如果新解小于初始解，那么新的placido盘表面参数将会替代旧的placido盘表面参数，否则，随机产生一个在[0，1]范围内的数值i，如果i＜exp[-(fc 1-fc)/kt]，新的placido盘表面参数将会被接受，其中k是玻尔兹曼常数，t是此时的温度。
在某些实施方式中，所述placido盘表面参数包括a和b，a＝-2r，r为placido盘顶点处的半径值，b代表旋转二次曲线的类型。
本发明所述的基于模拟退火算法的placido盘面型设计方法的优点为：通过上述的基于模拟退火算法的placido盘面型设计方法计算形成的placido盘，在光阑处具有较小的像差，减少了后续镜头组的设计难度，并有助于提高后续图像处理的精度。
附图说明
图1为本发明的一些实施方式中placido盘的工作原理示意图，
其中：1-角膜，2-placido盘，3-光阑，4-主光轴；
图2为本发明的一些实施方式中模拟退火算法流程图。
具体实施方式
为进一步清楚的阐述本发明的目的、技术方案和优点，以下结合附图对本发明进一步说明，本发明的附图为了简单易读的结构框架图，并不能限制本发明的真正目的。此外，为了使本发明的实施方式通俗易懂，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征细节表述并不严格追求专业性，只要彼此功能不冲突，相互结合即可。
本发明提出一种基于模拟退火算法的placido盘面型设计方法，结合图1所示的内容，包括：
步骤1、根据设计要求，限定角膜1顶点到角膜地形图仪中placido盘2顶点的距离h和角膜1顶点到角膜地形图仪中光阑3的距离s，作为后续优化的初始条件；
步骤2、在角膜1顶点处建立空间坐标系1，以角膜1顶点o作为原点，以角膜1顶点o处切面上设置两正交线分别作为x轴和y轴，以主光轴4为z轴，设置placido盘的面型对应的表达式；
步骤3、根据像差原理计算光阑3处的像差函数，像差函数是和placido盘2表面参数、角膜1顶点到角膜地形图仪中placido盘2顶点的距离h以及角膜1顶点到角膜地形图仪中光阑3的距离s相关的函数，其计算过程为：
角膜反射面的波像差表达式为
w＝ω300x3 ω120xy2 ω220x2y2 ω040y4，
其中
ωij0＝mij0(α,rm,rs,0) mij0(β,rm',rs',0)，
其中rm,rs,rm',rs'分别是子午面的物焦距、弧矢面的物焦距、子午面的像焦距以及弧矢面的像焦距，α和β分别是光线入射角和反射角，
其中，
β＝-α，
其中x0和z0为选定的角膜上一点，根据设计的角膜探测范围预设角膜的反射点位置，
其中，
其中
其中e为角膜曲率半径的大小，
以光阑3表面中心o’为原点，和坐标系1同方向的x和y方向，建立二维像面坐标系o'-x'-y'，
对于像面的入射角为μ1时，光阑3表面到placido盘2顶点的距离为m时，成像面上的像差为：
其中
d100＝λmcosβ，
h010＝λs，
h030＝-mw013-2tanβmc0,2lw102，
对光束覆盖区域内的像差表达式进行积分，得到像差评价函数：
其中
步骤4、以像差函数作为评价函数，以placido盘2表面参数为变量，进行模拟退火运算，计算得到像差最小时的placido盘2表面参数。
在一些实施方式中，placido盘2的面型为旋转二次曲线，placido盘2对应的表达式为x2 y2＝a(z-h) b(z-h)2，a＝-2r，r为placido盘顶点处的半径值，b代表旋转二次曲线的类型，其中，b与旋转二次曲面类型的关系为：当b＜-1，旋转二次曲面的类型为扁椭球；当b＝-1，旋转二次曲面的类型为球体；当-1＜b＜0，旋转二次曲面的类型为长椭球；当b＝0，旋转二次曲面的类型为抛物面；当b＞0，旋转二次曲面的类型为双曲面。
结合图2所示的内容，placido盘2表面参数包括上述的a和b，模拟退火运算的过程如下：
预设变量初始值t、l、tf,在每个温度t下，得到计算结果，然后将温度降低得到另一个结果，l为每个固定温度下的最大迭代次数，tf为参考值，
4.1、随机生成一组初始解，预设降温的函数为tnew＝ht，h为小于1的数值；
4.2、计算，包括如下过程：
4.2.1、预设c＝0，c是一个迭代计数器；
4.2.2、随机产生一组新的a和b，带入和a、b值相关的评价函数f中，求得新的评价函数值fc 1，并与初始评价函数值fc比较，如果新解小于初始解，那么新的a和b将会替代旧的a和b，否则，随机产生一个在[0，1]范围内的数值i，如果i＜exp[-(fc 1-fc)/kt]，新的a和b将会被接受，其中k是玻尔兹曼常数，t是此时的温度；
4.2.3、c＝c 1，如果c≤l，转到4.2.2；
4.2.4、如果t≤tf,转到4.3；
4.2.5、更新温度，程序将会回到步骤4.2.1；
4.3、停止；
4.4、输出此时的a和b的数值。
限定角膜1顶点到角膜地形图仪中placido盘2顶点的距离h和角膜1顶点到角膜地形图仪中光阑3的距离s分别为26㎜和50㎜，通过上述方法得出placido盘2的表面参数a和b分别为-66.36和-0.38。
以上所述仅是本发明的优选方式，应当指出，对于本领域普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干相似的变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围之内。
1.一种基于模拟退火算法的placido盘面型设计方法，其特征在于，包括：
预设角膜(1)顶点到角膜地形图仪中placido盘(2)顶点的距离和角膜(1)顶点到角膜地形图仪中光阑(3)的距离；
设置placido盘(2)的面型对应的表达式；
计算光阑(3)处的像差函数；
以像差函数作为评价函数，以placido盘(2)表面参数为变量，进行模拟退火运算，计算得到像差最小时的placido盘(2)表面参数。
2.根据权利要求1所述的基于模拟退火算法的placido盘面型设计方法，其中，所述placido盘(2)的面型为旋转二次曲面。
3.根据权利要求2所述的基于模拟退火算法的placido盘面型设计方法，其中，在所述角膜(1)顶点处建立空间坐标系，以角膜(1)顶点o为原点，以主光轴(4)为z轴，placido盘(2)的面型对应的表达式为x2 y2＝a(z-h) b(z-h)2，a＝-2r，r为placido盘(2)顶点处的半径值，b代表旋转二次曲线的类型，h代表角膜(1)顶点到角膜地形图仪中placido盘(2)顶点的距离。
4.根据权利要求3所述的基于模拟退火算法的placido盘面型设计方法，其中，b与旋转二次曲面类型的关系为：
当b＜-1，旋转二次曲面的类型为扁椭球；
当b＝-1，旋转二次曲面的类型为球体；
当-1＜b＜0，旋转二次曲面的类型为长椭球；
当b＝0，旋转二次曲面的类型为抛物面；
当b＞0，旋转二次曲面的类型为双曲面。
5.根据权利要求1所述的基于模拟退火算法的placido盘面型设计方法，其中，所述模拟退火运算的过程如下：
预设变量初始值t、l、tf,在每个温度t下，得到计算结果，然后将温度降低得到另一个结果，l为每个固定温度下的最大迭代次数，tf为参考值，
4.1、随机生成一组初始解，预设降温的函数为tnew＝ht；
4.2、计算，包括如下过程：
4.2.1、预设c＝0，c是一个迭代计数器；
4.2.2、随机产生一组新的placido盘(2)表面参数，计算新解，并与初始解比较，进行选择；
4.2.3、c＝c 1，如果c≤l，转到4.2.2；
4.2.4、如果t≤tf,转到4.3；
4.2.5、更新温度，程序将会回到步骤4.2.1；
4.3、停止；
4.4、输出此时的placido盘(2)表面参数的数值。
6.根据权利要求5所述的基于模拟退火算法的placido盘面型设计方法，其中，步骤4.2.2中选择的过程如下：
如果新解小于初始解，那么新的placido盘(2)表面参数将会替代旧的placido盘(2)表面参数，否则，随机产生一个在[0，1]范围内的数值i，如果i＜exp[-(fc 1-fc)/kt]，新的placido盘(2)表面参数将会被接受，其中k是玻尔兹曼常数，t是此时的温度。
7.根据权利要求1、5以及6中的任一项所述的基于模拟退火算法的placido盘面型设计方法，其中，所述placido盘(2)表面参数包括a和b，a＝-2r，r为placido盘(2)顶点处的半径值，b代表旋转二次曲线的类型。
技术总结