CN114035319B - 透镜设计方法及相关装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及透镜设计技术领域，提供一种透镜设计方法及相关装置。通过获取预设仿真模型中透镜和目标区域的预设位置关系，且该目标区域具有预设面积值；并根据预设位置关系，配置透镜的配光角参数，使经过透镜的光束覆盖目标区域；再根据预设照度值范围，调整透镜的入射凹面的面型和出射凸面的面型，得到目标透镜，使经过目标透镜的光束在目标区域的照度值与预设照度值范围匹配。从而使采用该目标透镜的补光灯的光束覆盖补光区域，提高了光源利用率，并提升了交通监控场景中的补光效果和拍摄效果。

Description

透镜设计方法及相关装置

技术领域

本发明涉及透镜设计技术领域，具体而言，涉及一种透镜设计方法及相关装置。

背景技术

交通监控通常包括卡口相机和补光灯等，其设置于道路上方，卡口相机用于对车辆进行监控和抓拍，补光灯用于在夜间或者光线弱的环境下对行驶的车辆进行补光，以使可以采集到清晰的车辆图像。现有的补光灯中的透镜的设计较为单一，存在光线损耗，无法达到夜间补光抓拍的效果。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种透镜设计方法及相关装置。

为了实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：

第一方面，本发明提供一种透镜设计方法，应用于电子设备，所述电子设备预存有包括透镜和目标区域的预设仿真模型；所述方法包括：

获取所述透镜和所述目标区域的预设位置关系；所述目标区域具有预设面积值；

根据所述预设位置关系，配置所述透镜的配光角参数，以使经过所述透镜的光束覆盖所述目标区域；

根据预设照度值范围，调整所述透镜的入射凹面的面型和出射凸面的面型，得到目标透镜，以使经过所述目标透镜的光束在所述目标区域的照度值与所述预设照度值范围匹配。

在可选的实施方式中，所述目标区域为矩形，所述目标区域包括两条平行的第一边线和两条平行的第二边线，所述第一边线的长度大于所述第二边线的长度；所述目标区域所属的平面为第一平面；与所述目标区域垂直且相交于目标第一边线的平面为第二平面；

所述预设位置关系包括第一投影点到所述目标第一边线的第一距离值和第二投影点到所述目标第一边线的第二距离值；所述第一投影点为所述透镜在所述第一平面的投影点，所述第二投影点为所述透镜在所述第二平面的投影点；所述第一距离值大于所述第二边线的长度。

在可选的实施方式中，所述配光角参数包括垂直角参数和水平角参数；

所述根据所述预设位置关系，配置所述透镜的配光角参数的步骤，包括：

根据所述预设位置关系，获得两条第一连接线的第一角度；所述第一连接线为所述透镜与位于所述第一边线上的第一定位点的连接线；两个所述第一定位点与所述第一投影点位于同一直线上；

根据所述预设位置关系，获得两条第二连接线的第二角度；所述第二连接线为所述第二投影点与所述目标第一边界线的顶点的连接线；

将所述第一角度和所述第二角度，分别配置为所述透镜的垂直角参数和水平角参数。

在可选的实施方式中，在所述根据预设照度值范围，调整所述透镜的入射凹面的面型和出射凸面的面型，得到目标透镜的步骤之前，所述方法还包括：

将所述透镜的收光角度设置为预设值；所述收光角度表示光束在所述透镜的入射凹面上发生折射的临界角度。

在可选的实施方式中，所述预设照度值范围包括多个预设子范围；所述目标区域包括多个子区域；一个所述预设子范围与一个所述子区域对应；

所述根据预设照度值范围，调整所述透镜的入射凹面的面型和出射凸面的面型，得到目标透镜的步骤，包括：

获取多个参考点对；每个所述参考点对包括第一参考点和对应的第二参考点，所述第一参考点位于所述入射凹面，所述第二参考点位于所述出射凸面；一个所述参考点对与一个所述子区域对应；

从全部参考点对中获取任意一个所述参考点对，作为目标参考点对；

调整所述目标参考点对中第一目标参考点的参考向量和第二目标参考点的参考向量，直至通过所述目标参考点对的光束在目标子区域的照度值与目标子范围匹配；

其中，所述第一目标参考点的参考向量表示所述第一目标参考点的切面的法向量；所述第二目标参考点的参考向量表示所述第二目标参考点的切面的法向量；所述目标子区域表示与所述目标参考点对对应的子区域；所述目标子范围表示与所述目标子区域对应的预设子范围；

遍历每个所述参考点对，调整每个所述第一参考点的参考向量和每个所述第二参考点的参考向量，得到所述目标透镜。

第二方面，本发明提供一种透镜设计装置，应用于电子设备，所述电子设备预存有包括透镜和目标区域的预设仿真模型；所述装置包括：

获取模块，用于获取所述透镜和所述目标区域的预设位置关系；所述目标区域具有预设面积值；

配置模块，用于根据所述预设位置关系，配置所述透镜的配光角参数，以使经过所述透镜的光束覆盖所述目标区域；

调整模块，用于根据预设照度值范围，调整所述透镜的入射凹面的面型和出射凸面的面型，得到目标透镜，以使经过所述目标透镜的光束在所述目标区域的照度值与所述预设照度值范围匹配。

第三方面，本发明提供一种透镜组件，所述透镜组件包括按照如前述实施方式任一项所述的方法制成的目标透镜。

第四方面，本发明提供一种补光灯，所述补光灯包括前盖压板、灯板、后壳以及如前述实施方式所述的透镜组件；所述灯板安装于所述后壳；所述透镜组件安装于所述灯板；所述前盖压板安装于所述透镜组件；所述前盖压板设置有孔，所述孔的大小与所述透镜组件中所述目标透镜的尺寸匹配。

第五方面，本发明提供一种电子设备，包括处理器和存储器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现前述实施方式中任一项所述的方法。

本发明实施例提供的透镜设计方法及相关装置，通过先获取预设仿真模型中透镜和目标区域的预设位置关系，且该目标区域具有预设面积值；然后根据预设位置关系，配置透镜的配光角参数，使经过透镜的光束覆盖目标区域；最后根据预设照度值范围，调整透镜的入射凹面的面型和出射凸面的面型，得到目标透镜，使经过目标透镜的光束在目标区域的照度值与预设照度值范围匹配。可以使基于该目标透镜的补光灯的光束覆盖补光区域，提高了光源利用率，并提升了交通监控场景中的补光效果和拍摄效果。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本发明实施例提供的一个场景示意图；

图2示出了本发明实施例提供的电子设备方框示意图；

图3示出了本发明实施例提供的透镜设计方法的一种流程示意图；

图4示出了本发明实施例提供的另一个场景示意图；

图5示出了本发明实施例提供的透镜设计方法的一个示例图；

图6示出了本发明实施例提供的透镜设计方法的又一种流程示意图；

图7示出了本发明实施例提供的透镜设计方法的又一个示例图；

图8示出了本发明实施例提供的透镜设计方法的又一种流程示意图；

图9示出了本发明实施例提供的透镜设计方法的又一个示例图；

图10示出了本发明实施例提供的透镜设计方法的又一种流程示意图；

图11示出了本发明实施例提供的透镜设计方法的又一个示例图；

图12示出了本发明实施例提供的透镜设计方法的又一个示例图；

图13示出了本发明实施例提供的透镜设计装置的一种功能模块图；

图14示出了本发明实施例提供的补光灯的结构示意图；

图15示出了本发明实施例提供的固定件的结构示意图；

图16示出了本发明实施例提供的固定件的另一视角的结构示意图。

图标：110-总线；120-处理器；130-存储器；150-I/O模块；170-通信接口；300-透镜设计装置；310-获取模块；330-配置模块；350-调整模块；400-补光灯；410-前盖压板；420-透镜组件；430-灯板；440-后壳；500-固定件；510-螺钉；520-螺栓；530-支架。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

交通监控中，现有的补光灯通常采用的是气体爆闪灯、LED爆闪灯、LED频闪和LED常亮灯。气体爆闪灯的瞬时发光功率高，峰值发光强度大，常用于白天对车内成员的补光。LED爆闪灯发光功率远低于气体爆闪灯，在夜间或者光线较弱的环境中也可以满足对车内成员的补光。LED频闪和LED常亮灯的发光功率较低，可以对满足夜间对车牌或者车辆细节的补光。但这些补光灯的光学器件均不能达到较好的补光效果。

为了便于理解，请参照图1，是本发明实施例提供的一个场景示意图。其中包括补光灯和车辆。补光灯一般以一定的倾斜角度照射远处的车辆，通常垂直于光源面的光束最强，但是照射到道路和车辆上的光线照度值有所不同。

经发明人研究，发现上述现有补光灯中的光学器件均是采用轴对称的配光方式，使得光的分布类似于水滴状，导致实际照射到车辆的光线分散、光强度较弱，大部分的光线分布于无效区域，造成了浪费。同时，相机拍摄的效果主要取决于被拍摄物的照度值，而照度值与光强度和距离有关。根据公式E＝I/r²，其中E表示照度值，I表示光强度，r表示距离。可知距离越近照度值越高，导致距补光灯较远的车辆的实际照度值，远低于补光灯近处下方的照度值，从而会影响到相机抓拍车辆图像的效果。

并且，发明人还发现车辆的车牌表面通常是高反高散射材质，对于入射光线非常敏感，会使得照度值过高出现抓拍的车牌过曝的情况，影响车牌识别。然而，抓拍车窗内的人员往往需要较高的照度值。采用轴对称的配光方式，由于其光分布是基于光轴对称的，从而无法同时满足车牌和车窗的照度值。

进而，本发明实施例提供了一种透镜设计方法，根据该方法制成的透镜应用于补光灯，可以解决上述问题。下面将对本发明实施例提供的透镜设计方法进行介绍。

请参照图2，是本发明实施例提供的一种电子设备的方框示意图。电子设备包括总线110、处理器120、存储器130、I/O模块150、通信接口170。

总线110可以是将上述元件相互连接并在上述元件之间传递通信(例如控制消息)的电路。

处理器120可以通过总线110从上述其它元件(例如存储器130、I/O模块150、通信接口170等)接收命令，可以解释接收到的命令，并可以根据所解释的命令来执行计算或数据处理。

处理器120可能是一种集成电路芯片，具有信号处理能力。该处理器120可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、网络处理器(NetworkProcessor，NP)等；还可以是数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现成可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。

存储器130可以存储从处理器120或其它元件(例如I/O模块150、通信接口170等)接收的命令或数据或者由处理器120或其它元件产生的命令或数据。

存储器130可以是但不限于，随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)，只读存储器(Read Only Memory，ROM)，可编程只读存储器(Programmable Read-Only Memory，PROM)，可擦除只读存储器(Erasable Programmable Read-Only Memory，EPROM)，电可擦除只读存储器(Electric Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM)等。

I/O模块150可以接收经由输入-输出手段(例如，传感器、键盘、触摸屏等)从用户输入的命令或数据，并可以通过总线110向处理器120或存储器130传送接收到的命令或数据。并且用于显示从上述元件接收、存储、处理的各种信息(例如多媒体数据、文本数据)，可以向用户显示视频、图像、数据等。

通信接口170可用于与其他节点设备进行信令或数据的通信。

可以理解的是，图2所示的结构仅为电子设备的结构示意图，电子设备还可包括比图2中所示更多或者更少的组件，或者具有与图2所示不同的配置。图2中所示的各组件可以采用硬件、软件或其组合实现。

本发明实施例提供的电子设备可以是智能手机、个人计算机、平板电脑、可穿戴设备、超级移动个人计算机(ultra-mobilepersonalcomputer，UMPC)、上网本、个人数字助理(personaldigitalassistant，PDA)等。本发明实施例对此不作任何限制。

下面将以上述的电子设备作为执行主体，执行本发明实施例提供的各个方法中的各个步骤，并实现对应技术效果。

请参阅图3，图3是本发明实施例提供的一种透镜设计方法的流程示意图。

步骤S202，获取透镜和目标区域的预设位置关系；

其中，目标区域具有预设面积值；

可以理解的是，可以在电子设备中预先存储仿真软件，可以基于交通监控场景中的补光灯和补光区域，在该仿真软件中预先搭建仿真模型即预设仿真模型。

预设仿真模型包括透镜和目标区域，该透镜与目标区域具有预设的位置关系，且目标区域具有预设面积值。可以将透镜的位置可以理解为交通监控场景中补光灯所在的位置，目标区域的位置可以理解为交通监控场景中补光区域的位置，目标区域的预设面积值可以理解为补光区域的范围。

可选地，可以根据预设仿真模型中透镜和目标区域，获取到透镜和目标区域的位置关系。

步骤S204，根据预设位置关系，配置透镜的配光角参数，以使经过透镜的光束覆盖目标区域；

可选地，根据预设仿真模型中透镜和目标区域的预设位置关系，可以基于目标区域的预设面积值，计算出透镜的配光角参数，以使基于该预存位置关系，通过透镜的光束可以覆盖目标区域。

按照该配光角参数设置透镜，可以使补光灯中光源的光束经过该透镜后可以完全照射到目标区域。

步骤S206，根据预设照度值范围，调整透镜的入射凹面的面型和出射凸面的面型，得到目标透镜，以使经过目标透镜的光束在目标区域的照度值与预设照度值范围匹配；

可选地，可以基于交通监控场景中补光区域的照度值需求，预先设置照度值范围，通过调整透镜的入射凹面的面型和出射凸面的面型，使光束在透镜的光线路径发生变化，使通过透镜的光束不按照光轴对称分布，且光束在目标区域的照度值与预设照度值范围匹配。

根据该配光角参数、调整后的入射凹面的面型和出射凸面的面型，可以得到目标透镜。

可以理解的是，基于该目标透镜，可以使补光灯中光源的光束经过该目标透镜后，光束的照度值与预设照度值范围匹配。

可见基于上述步骤，通过先获取预设仿真模型中透镜和目标区域的预设位置关系，且该目标区域具有预设面积值；然后根据预设位置关系，配置透镜的配光角参数，使经过透镜的光束覆盖目标区域；最后根据预设照度值范围，调整透镜的入射凹面的面型和出射凸面的面型，得到目标透镜，使经过目标透镜的光束在目标区域的照度值与预设照度值范围匹配。可以使采用该目标透镜的补光灯的光束覆盖补光区域，提高了光源利用率，并提升了交通监控场景中的补光效果和拍摄效果。

请参阅图4，是本发明实施例提供另一个场景示意图。其中包括补光灯、灯杆、道路、车辆和抓拍线。该示意图表示交通监控中车辆位于抓拍线，补光灯对车辆进行补光的场景。

基于图4所示的场景，本发明实施例提供了一种预设仿真模型的示例图。请参阅图5中，其中包括透镜和目标区域，目标区域为矩形，其包括两条平行的第一边线和两条平行的第二边线，第一边线的长度大于边线的长度，目标区域所属的平面为第一平面，与目标区域垂直且相交于目标第一边线的平面为第二平面。

目标区域可以理解为是补光区域，第二平面可以理解为是道路平面。目标区域的第一边线的长度可以理解为是道路的宽度。可选地，以道路为三个车道、道路的宽度为10m为例，可以将第一边线的长度设置为10m。

目标区域的第二边线长度可以理解为是车辆驾驶室的高度。目前常见的车辆高度一般为1.2m～4m。可选地，以驾驶室的最大高度为3m为例，可以将第二边线的长度设置为3m。

目标第一边线可以理解为道路平面与补光区域的交线即抓拍线。

透镜在第一平面上的投影点为第一投影点，第一投影点到目标第一边线的距离为第一距离值。第一距离值可以理解为补光灯到抓拍线的垂直距离值，或者补光灯到道路平面的距离值即灯杆的高度。可选地，以灯杆高度为6m为例，可以将第一距离值设置为6m。

透镜在第二平面上的投影点为第二投影点，第二投影点到目标第一边线的距离为第二距离值。第二距离值可以理解为补光灯到抓拍线的水平距离值。可选地，以抓拍线到补光灯的水平距离为25m为例，可以将第二距离值设置为25m。

基于上述图5所示的预设仿真模型，针对上述步骤S204，本发明实施例提供了一种可能的方式。请参阅图6，其中步骤S204可以包括以下步骤：

步骤S204-1，根据预设位置关系，获得两条第一连接线的第一角度；

其中，第一连接线为透镜与位于第一边线上的第一定位点的连接线；两个第一定位点与第一投影点位于同一直线上，两个第一定位点的连续线与目标第一边线垂直。

可理解的是，透镜的配光角参数包括垂直角参数和水平角参数。垂直角参数可以理解为透镜在垂直方向上的发光角度。水平角参数可以理解为是透镜在水平方向上的发光角度。

例如，基于上述图5所示的预设仿真模型，请参阅图7的中(a1)，其中包括透镜、第一投影点和两个第一定位点，两个第一定位点分别位于两个第一边线上，且与第一投影点在同一直线。

可选地，根据透镜与两个第一定位点，可以得到两条第一连接线，两条第一连接线所构成的夹角，即为第一角度。

步骤S204-3，根据预设位置关系，获得两条第二连接线的第二角度；

其中，第二连接线为第二投影点与目标第一边界线的顶点的连接线；

例如，基于上述图5所示的预设仿真模型，请参阅图7的中(a2)，其中包括第二投影点、目标第一边线和目标第一边线的两个顶点。

可选地，根据第二投影点与目标第一边线的两个顶点，可以得到两条第二连接线，两条第二连接线所构成的夹角，即为第二角度。

步骤S204-5，将第一角度和第二角度，分别配置为透镜的垂直角参数和水平角参数；

可选地，将第一角度配置为透镜的垂直角参数，将第二角度配置为透镜的水平角参数。

例如，基于上述图5所示的预设仿真模型，以第一边线的长度为10m、第二边线的长度为3m、第一距离值为6m，第二距离值为25m为例，计算出透镜的垂直角参数约为6.65°，透镜的水平角参数约为30°。

可以理解的是，基于该第一角度和第二角度，配置透镜的垂直角参数和水平角参数，可以使经过透镜的光束完全覆盖到目标区域。即使补光灯的中光源的光束经过该透镜后可以完全照射到补光区域，且光束集中照射到补光区域，降低了光源的浪费，提供了光源的利用率，可以实现车辆位于抓拍线时对车辆进行补光，以采集到清晰的车辆图像。

可选地，若要将光源的全部光束覆盖并都通过透镜，则会导致的透镜的尺寸较大，进而本发明实施例提供了一种可能的实现方式，对透镜进行优化。请参阅图8，在上述步骤S206之前，还可以包括以下步骤：

步骤S205，将透镜的收光角度设置为预设值；

其中，收光角度表示光束在透镜的入射凹面上发生折射的临界角度。

可选地，本发明实施例提供的透镜为入射面为凹面，可以将透镜的收光角度设置为预设值。接收到属于该预设值内的光束，则光束在入射凹面发生折射；接收到不属于该预设值内的光束，则光束在入射凹面不发生折射。

例如，基于上述图5所示的预设仿真模型，可以将透镜的收光角度设置为45°。即以透镜的光轴为起始轴逆时针转动45°和顺时针转动45°，对于属于该90°范围内的光束，其在透镜的入射凹面发生折射，对于不属于该90°范围内的光束，其在透镜的入射凹面不发生折射。可以理解为，透镜的收光角度为±45°，其覆盖光源的发光角度为90°范围内的光线能量。

在上述中介绍到发明人发现，采用现有补光灯对车辆进行补光，其采集到图像通常为车牌部分过曝和车窗部分不清晰。经分析得出，车牌部分所需要的照度值较低，车窗部分所需要的照度值较高。而现有补光灯中的透镜使光线基于光轴对称分布，使得车牌与车窗的照度值相同，导致采集到的车辆图像不佳。

请参阅图9中的(b1)，是光束经过现有透镜的光线路径的示意图。光源发出在±45°范围的光束，其在经过现有的透镜后，光束基于光轴对称分布。这是由于现有透镜的入射面和出射面的面型，相对于光轴是对称结构，使得折射出的光束的方向和疏密程度均相对于光轴对称分布，光束的疏密程度与光强度有关。

进而，本发明实施例提供了一种可能的实现方式，通过调整透镜的面型，使经过透镜的光束不以光轴对称，且满足交通监控中车辆照度值的需求。请参阅图10，上述步骤S206可以包括以下步骤：

步骤S206-1，获取多个参考点对；

其中，每个参考点对包括第一参考点和对应的第二参考点，第一参考点位于入射凹面，第二参考点位于出射凸面；一个参考点对与一个子区域对应。

可选地，可以预先基于交通监控中车辆照度值的需求，在目标区域设置照度值范围，将目标区域划分为多个子区域，确定每个子区域所对应的照度值范围即预设子范围。可以理解的是，多个子区域在目标区域上垂直分布，每个子区域均具有与第一边线的长度相同的边线。

可以在透镜的入射凹面和出射凸面，获取多个参考点对，一个参考点与一个子区域对应，每个参考点对均包括位于入射凹面的第一参考点，和位于出射凸面且与其对应第二参考点。

步骤S206-3，从全部参考点对中获取任意一个参考点对，作为目标参考点对；

步骤S206-5，调整目标参考点对中第一目标参考点的参考向量和第二目标参考点的参考向量，直至通过目标参考点对的光束在目标子区域的照度值与目标子范围匹配；

其中，第一目标参考点的参考向量表示第一目标参考点的切面的法向量；第二目标参考点的参考向量表示第二目标参考点的切面的法向量；目标子区域表示与目标参考点对对应的子区域；目标子范围表示与目标子区域对应的预设子范围。

可选地，可以从全部参考点对中获取任意一个参考点对，获得目标参考点对。

目标参考点对中的第一目标参考点可以理解为是光束的入射点，第二目标参考点可以理解为是光束的出射点，第一目标参考点与第二目标参考点的连线可以理解为光束在透镜中的光线路径。

可以通过调整第一目标参考点的切面的法向量，并调整第二目标参考点的切面的法向量，使光束在透镜的光线路径发生变化，令光束经过透镜后不以光轴对称即光束的疏密程度发生变化。光束的疏密程度发生变化导致光强度发生变化。

可以通过不断调整两个参考向量，使通过目标参考点的光束照射到目标子区域，即该目标参考点对对应的子区域，且该光束的照度值属于目标子范围，即与目标子区域对应的预设子范围。

步骤S206-7，遍历每个参考点对，调整每个第一参考点的参考向量和每个第二参考点的参考向量，得到目标透镜。

可选地，针对每个参考点对，执行步骤S206-5，通过调整每个第一参考点的参考向量和每个第二参考点的参考向量，对入射凹面的面型和出射凸面的面型进行调整和优化，得到满足预设照度值范围和分布情况的面型，获得目标透镜。

请参阅图9中的(b2)，是光束经过本发明实施例提供的目标透镜的光线路径的示意图。光源发出在±45°范围的光束，其在经过目标透镜后，光轴两边的光束为非对称分布，即光轴两边的光束的方向和疏密程度均不同。

基于本发明实施例提供的透镜设计方法，制作的目标透镜应用在如图4所示的补光灯中，基于该图所示的交通监控场景，本发明实施例提供了几组效果示例图。

请参阅图11中的(c1)，其表示基于本发明实施例提供的目标透镜，仿真的目标区域的照度分布情况。请参阅图11中的(c2)，其表示与(c1)中的照度分布对应的照度值曲线，其中包括水平方向上的照度值曲线和垂直方向上的照度值曲线。可以理解为，补光灯照射到抓拍线处，在水平方向上的照度值基本一致，在垂直方向上的照度值基于照度峰值近似对称。

请参阅图12，图12中的(d1)和(e1)为采用现有透镜的补光灯对车辆进行补光的效果示例图，(e1)为(d1)的渲染效果。图12中的(d2)和(e2)为采用本发明实施例提供的目标透镜的补光灯，对车辆进行补光的效果示例图，(e2)为(d2)的渲染效果。

可以看出，采用现有透镜的补光灯，光束照射的区域大部分位于车头前面的无效区域，道路中间的照度值较高、两侧较低，并且车牌和车窗部分的照度值基本一样。采用本发明实施例提供的目标透镜的补光灯，光束照射的区域较小，在道路上的照度值呈现均匀分布，即在水平方向上的照度值基于一致，并且车牌和车窗部分的照度值分布存在明显差异，即在垂直方向上车窗的照度值较高接近于照度峰值，车牌的照度值低于车窗的照度值。采用本发明实施例提供的目标透镜的补光灯，可以使补光灯使用更低功率的发光器件，提高了光源利用率，同时满足交通监控中的补光需求。

为了执行上述实施例及各个可能的方式中的相应步骤，下面给出一种透镜设计装置的实现方式。请参阅图13，图13为本发明实施例提供的一种透镜设计装置300的功能模块图。需要说明的是，本实施例所提供的透镜设计装置300，其基本原理及产生的技术效果和上述实施例相同，为简要描述，本实施例部分未提及之处，可参考上述的实施例中相应内容。该透镜设计装置300包括：

获取模块310，用于获取透镜和目标区域的预设位置关系；目标区域具有预设面积值；

配置模块330，用于根据预设位置关系，配置透镜的配光角参数，以使经过透镜的光束覆盖目标区域；

调整模块350，用于根据预设照度值范围，调整透镜的入射凹面的面型和出射凸面的面型，得到目标透镜，以使经过目标透镜的光束在目标区域的照度值与预设照度值范围匹配。

可选地，配置模块330还用于：根据预设位置关系，获得两条第一连接线的第一角度；第一连接线为透镜与位于第一边线上的第一定位点的连接线；两个第一定位点与第一投影点位于同一直线上；

根据预设位置关系，获得两条第二连接线的第二角度；第二连接线为第二投影点与目标第一边界线的顶点的连接线；

将第一角度和第二角度，分别配置为透镜的垂直角参数和水平角参数。

可选地，配置模块330还用于：将透镜的收光角度设置为预设值；收光角度表示光束在透镜的入射凹面上发生折射的临界角度。

可选地，调整模块350还用于：获取多个参考点对；每个参考点对包括第一参考点和对应的第二参考点，第一参考点位于入射凹面，第二参考点位于出射凸面；一个参考点对与一个子区域对应；

从全部参考点对中获取任意一个参考点对，作为目标参考点对；

调整目标参考点对中第一目标参考点的参考向量和第二目标参考点的参考向量，直至通过目标参考点对的光束在目标子区域的照度值与目标子范围匹配；

其中，第一目标参考点的参考向量表示第一目标参考点的切面的法向量；第二目标参考点的参考向量表示第二目标参考点的切面的法向量；目标子区域表示与目标参考点对对应的子区域；目标子范围表示与目标子区域对应的预设子范围；

遍历每个参考点对，调整每个第一参考点的参考向量和每个第二参考点的参考向量，得到目标透镜。

本发明实施例还提供了一种透镜组件，其包括按照上述实施例中透镜设计方法所制成的目标透镜。

本发明实施例还提供了一种补光灯，其包括本发明实施例提供的透镜组件。

请参阅图14，是本发明实施例提供的补光灯的结构示意图。补光灯400包括前盖压板410、透镜组件420、灯板430和后壳440。灯板430安装于所述后壳440；透镜组件420安装于灯板430；前盖压板410安装于透镜组件420。

其中，前盖压板410固定透镜组件，可以在前盖压板410设置橡胶圈等防水器件。前盖压板410设置有孔，该孔的大小与透镜组件420中目标透镜的尺寸匹配。

透镜组件420为本发明实施例提供的透镜组件，可选地，基于补光灯中有4个LED光源，透镜组件可以选用4颗目标透镜。可选地，该透镜组件420包括的目标透镜可以为2颗、4颗、6颗或者8颗，本发明实施例不作限定。

灯板430用于固定4个LED光源，可选地，本发明实施例提供的目标透镜是基于cree公司xp-g2光源进行设计得到的，灯板可以采用铝基板，并通过焊接将4颗xp-g2灯珠安装在灯板430上，该单颗灯珠发光通量可达700lm以上。

后壳440用于固定灯板430，灯板430通过螺钉固定在后壳440上，灯板的驱动电路可以放置与后壳内，并外接电源和控制甩线。可选地，该后壳440可以设置导热硅脂，便于热传导和散热。该后壳440还可以设置遮阳罩，用于保护透镜组件，避免阳光直射或者雨淋。

可选地，补光灯400可以通过固定件500安装于灯杆上，实现如图4所示的效果。

请参阅图15，是本发明实施例提供的固定件500的结构示意图。该固定件500包括螺钉510、螺栓520和支架530。支架530用于将补光灯400固定在水平灯杆上。补光灯400可以绕螺钉510旋转，当需要调节补光灯400的角度时，通过旋松螺栓520根据实际情况对补光灯400的倾斜角度进行调整。

请参阅图4和图16，图16是本发明实施例提供的固定件500的另一视角的结构示意图。在交通监控场景中，补光灯400可以与监控相机进行同步安装调试，在确定监控抓拍位置时，在相机设置页面划定抓拍线，起到触发相机抓拍的功能。当有车辆越过该抓拍线时，相机对车辆进行抓拍，若补光灯还需要爆闪补光，相机同步输出爆闪触发信号。调整补光灯400的倾斜角度，使其所发射的光束形成的光斑下边缘位于抓拍线附近，并根据相机实时画面中车辆在抓拍线处的实际照射情况进行微调，直到找到最佳倾斜角度，然后旋紧螺栓520，固定补光灯400的倾斜角度。

本发明实施例还提供了一种电子设备，包括处理器120和存储器130，存储器130存储有计算机程序，处理器执行计算机程序时，实现上述实施例揭示的透镜设计方法。

本发明实施例还提供了一种存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器120执行时实现本发明实施例揭示透镜设计方法。

综上所述，本发明实施例提供了一种透镜的设计方法、装置、透镜组件、补光灯、电子设备和存储介质。通过获取预设仿真模型中透镜和目标区域的预设位置关系，且该目标区域具有预设面积值；并根据预设位置关系，配置透镜的配光角参数，使经过透镜的光束覆盖目标区域；再根据预设照度值范围，调整透镜的入射凹面的面型和出射凸面的面型，得到目标透镜，使经过目标透镜的光束在目标区域的照度值与预设照度值范围匹配。从而使基于该目标透镜的补光灯的光束覆盖补光区域，提高了光源利用率，并提升了交通监控场景中的补光效果和拍摄效果。

在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种透镜设计方法，其特征在于，应用于电子设备，所述电子设备预存有包括透镜和目标区域的预设仿真模型；所述方法包括：

获取所述透镜和所述目标区域的预设位置关系；所述目标区域具有预设面积值；

其中，所述目标区域为矩形，所述目标区域包括两条平行的第一边线和两条平行的第二边线，所述第一边线的长度大于所述第二边线的长度；所述目标区域所属的平面为第一平面；与所述目标区域垂直且相交于目标第一边线的平面为第二平面；

所述预设位置关系包括第一投影点到所述目标第一边线的第一距离值和第二投影点到所述目标第一边线的第二距离值；所述第一投影点为所述透镜在所述第一平面的投影点，所述第二投影点为所述透镜在所述第二平面的投影点；所述第一距离值大于所述第二边线的长度；

根据所述预设位置关系，配置所述透镜的配光角参数，以使经过所述透镜的光束覆盖所述目标区域；

将所述透镜的收光角度设置为预设值；所述收光角度表示光束在所述透镜的入射凹面上发生折射的临界角度；

根据预设照度值范围，调整所述透镜的入射凹面的面型和出射凸面的面型，得到目标透镜，以使经过所述目标透镜的光束在所述目标区域的照度值与所述预设照度值范围匹配；

所述预设照度值范围包括多个预设子范围；所述目标区域包括多个子区域；一个所述预设子范围与一个所述子区域对应；

所述根据预设照度值范围，调整所述透镜的入射凹面的面型和出射凸面的面型，得到目标透镜的步骤，包括：

获取多个参考点对；每个所述参考点对包括第一参考点和对应的第二参考点，所述第一参考点位于所述入射凹面，所述第二参考点位于所述出射凸面；一个所述参考点对与一个所述子区域对应；

从全部参考点对中获取任意一个所述参考点对，作为目标参考点对；

调整所述目标参考点对中第一目标参考点的参考向量和第二目标参考点的参考向量，直至通过所述目标参考点对的光束在目标子区域的照度值与目标子范围匹配；

其中，所述第一目标参考点的参考向量表示所述第一目标参考点的切面的法向量；所述第二目标参考点的参考向量表示所述第二目标参考点的切面的法向量；所述目标子区域表示与所述目标参考点对对应的子区域；所述目标子范围表示与所述目标子区域对应的预设子范围；

遍历每个所述参考点对，调整每个所述第一参考点的参考向量和每个所述第二参考点的参考向量，得到所述目标透镜。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述配光角参数包括垂直角参数和水平角参数；

所述根据所述预设位置关系，配置所述透镜的配光角参数的步骤，包括：

根据所述预设位置关系，获得两条第一连接线的第一角度；所述第一连接线为所述透镜与位于所述第一边线上的第一定位点的连接线；两个所述第一定位点与所述第一投影点位于同一直线上；

根据所述预设位置关系，获得两条第二连接线的第二角度；所述第二连接线为所述第二投影点与所述目标第一边界线的顶点的连接线；

将所述第一角度和所述第二角度，分别配置为所述透镜的垂直角参数和水平角参数。

3.一种透镜设计装置，其特征在于，应用于电子设备，所述电子设备预存有包括透镜和目标区域的预设仿真模型；所述装置包括：

获取模块，用于获取所述透镜和所述目标区域的预设位置关系；所述目标区域具有预设面积值；

其中，所述目标区域为矩形，所述目标区域包括两条平行的第一边线和两条平行的第二边线，所述第一边线的长度大于所述第二边线的长度；所述目标区域所属的平面为第一平面；与所述目标区域垂直且相交于目标第一边线的平面为第二平面；

所述预设位置关系包括第一投影点到所述目标第一边线的第一距离值和第二投影点到所述目标第一边线的第二距离值；所述第一投影点为所述透镜在所述第一平面的投影点，所述第二投影点为所述透镜在所述第二平面的投影点；所述第一距离值大于所述第二边线的长度；配置模块，用于根据所述预设位置关系，配置所述透镜的配光角参数，以使经过所述透镜的光束覆盖所述目标区域；

所述配置模块还用于：将所述透镜的收光角度设置为预设值；所述收光角度表示光束在所述透镜的入射凹面上发生折射的临界角度；

调整模块，用于根据预设照度值范围，调整所述透镜的入射凹面的面型和出射凸面的面型，得到目标透镜，以使经过所述目标透镜的光束在所述目标区域的照度值与所述预设照度值范围匹配；

所述预设照度值范围包括多个预设子范围；所述目标区域包括多个子区域；一个所述预设子范围与一个所述子区域对应；所述调整模块还用于：获取多个参考点对；每个所述参考点对包括第一参考点和对应的第二参考点，所述第一参考点位于所述入射凹面，所述第二参考点位于所述出射凸面；一个所述参考点对与一个所述子区域对应；从全部参考点对中获取任意一个所述参考点对，作为目标参考点对；调整所述目标参考点对中第一目标参考点的参考向量和第二目标参考点的参考向量，直至通过所述目标参考点对的光束在目标子区域的照度值与目标子范围匹配；其中，所述第一目标参考点的参考向量表示所述第一目标参考点的切面的法向量；所述第二目标参考点的参考向量表示所述第二目标参考点的切面的法向量；所述目标子区域表示与所述目标参考点对对应的子区域；所述目标子范围表示与所述目标子区域对应的预设子范围；遍历每个所述参考点对，调整每个所述第一参考点的参考向量和每个所述第二参考点的参考向量，得到所述目标透镜。

4.一种透镜组件，其特征在于，所述透镜组件包括按照如权利要求1或2所述的方法制成的目标透镜。

5.一种补光灯，其特征在于，所述补光灯包括前盖压板、灯板、后壳以及如权利要求4所述的透镜组件；所述灯板安装于所述后壳；所述透镜组件安装于所述灯板；所述前盖压板安装于所述透镜组件；所述前盖压板设置有孔，所述孔的大小与所述透镜组件中所述目标透镜的尺寸匹配。

6.一种电子设备，其特征在于，包括处理器和存储器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现权利要求1或2所述的方法。

7.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，实现权利要求1或2所述的方法。

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