一種新型紅外圖像調(diào)焦系統(tǒng)及其使用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，具體是指一種新型紅外圖像調(diào)焦系統(tǒng)及其使用方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 手動(dòng)調(diào)焦由于操作流程復(fù)雜、主觀性強(qiáng)、對(duì)操作者要求較高和容易產(chǎn)生視覺疲勞， 造成調(diào)焦得到的圖像不穩(wěn)定且不清晰，同時(shí)手動(dòng)調(diào)焦耗時(shí)較長(zhǎng)，已不能適應(yīng)現(xiàn)代成像系統(tǒng) 自動(dòng)化的要求。因此，紅外熱成像系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)焦功則顯得至關(guān)重要，它直接關(guān)系到紅外熱 成像系統(tǒng)的成像質(zhì)量。
[0003] 隨著計(jì)算機(jī)硬件和數(shù)字圖像處理技術(shù)的飛速發(fā)展，紅外圖像的實(shí)時(shí)處理已經(jīng)成為 可能。這就為紅外圖像自動(dòng)調(diào)焦系統(tǒng)能夠快速、穩(wěn)定成像聚焦提供了實(shí)現(xiàn)條件。目前，有些 紅外熱成像調(diào)焦系統(tǒng)已經(jīng)獲得了廣泛的應(yīng)用，如基于測(cè)距的紅外圖像自動(dòng)調(diào)焦系統(tǒng)，其是 通過測(cè)定紅外光學(xué)鏡頭與被攝目標(biāo)之間的距離，將之代入紅外光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)傳遞函數(shù)， 計(jì)算出聚焦位置并驅(qū)動(dòng)調(diào)焦機(jī)構(gòu)調(diào)焦。此方法雖然成熟、穩(wěn)定，但需要配備專門的測(cè)距設(shè) 備，且安裝、調(diào)試精度要求較高，推廣性較差，因而不利于紅外光測(cè)系統(tǒng)的小型化、便捷化發(fā) 展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有的紅外圖像調(diào)焦系統(tǒng)調(diào)焦耗時(shí)長(zhǎng)，可信度不高，易受 到環(huán)境光照影響的缺陷，提供一種新型紅外圖像調(diào)焦系統(tǒng)及其使用方法。
[0005] 本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種新型紅外圖像調(diào)焦系統(tǒng)，由調(diào)焦鏡頭， 與調(diào)焦鏡頭相連接的直流電機(jī)，與直流電機(jī)相連接的圖像處理裝置，以及分別與圖像處理 裝置相連接的紅外探測(cè)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置組成。
[0006] -種新型紅外圖像調(diào)焦系統(tǒng)的使用方法，包括以下步驟：
[0007](一）初始化調(diào)焦鏡頭；
[0008] (二）驅(qū)動(dòng)調(diào)焦鏡頭以大步長(zhǎng)移動(dòng)，同時(shí)獲取紅外圖像；
[0009](三）對(duì)獲取的紅外圖像進(jìn)行清晰度評(píng)價(jià)，并記錄相應(yīng)的焦距位置；
[0010] (四）對(duì)記錄的焦距位置進(jìn)行分析，找出最優(yōu)的紅外圖像清晰度評(píng)價(jià)焦距位置； [0011](五）驅(qū)動(dòng)調(diào)焦鏡頭，使其到達(dá)最優(yōu)的紅外圖像清晰度評(píng)價(jià)焦距位置；
[0012] (六）調(diào)焦結(jié)束。
[0013] 進(jìn)一步的，所述步驟（三）中對(duì)獲取的紅外圖像進(jìn)行清晰度評(píng)價(jià)采用基于倒譜的 紅外圖像清晰度評(píng)價(jià)方法、基于梯度濾波器紅外圖像清晰度評(píng)價(jià)方法或基于Sobel梯度算 子的Tenengrad函數(shù)的紅外圖像清晰度評(píng)價(jià)方法進(jìn)行評(píng)價(jià)。
[0014] 所述基于倒譜的紅外圖像清晰度評(píng)價(jià)方法，包括如下步驟：
[0015] (1)對(duì)紅外圖像進(jìn)行傅立葉變換，其公式為：G(u,v) =F{g(x，y)}，其中，F(xiàn){g(x， y)}表示傅立葉變換；g(x，y)表示輸入的紅外圖像信號(hào)；
[0016] (2)對(duì)傅立葉變換進(jìn)行倒譜域變換，其公式為：Cep{I(x，y)} =F1 {log|G(u,v)I}，
[0017] 其中，F(xiàn)1 {log|G(u，v) |}表示反傅立葉變換，|G(u，v) |表示求復(fù)數(shù)模；
[0018] (3)計(jì)算倒譜域中亮點(diǎn)的平均能量，其公式為」=
[0019] 其中，W(i，j)定義為點(diǎn)（i，j)到中心點(diǎn)（ic，jc)的距離，其計(jì)算公式為： 沙U./) :yjU-i,)2 +U-J,)2 .
[0020] C(I，j)定義為點(diǎn)（i，j)的二值化實(shí)倒譜值，其計(jì)算公式為： 11Cep(i.j)>T C(w) = |() /) <Γ〇印(i，j)力點(diǎn)、（i，j)白勺節(jié)普τ白勺七謝直;M力 紅外圖像的長(zhǎng)度，N為紅外圖像的寬度；
[0021] (4)預(yù)先設(shè)定好E。值采用二分法在（0，1)區(qū)間內(nèi)搜索T，使E滿足E<E。;其中， E。為預(yù)先設(shè)定好的倒譜域中亮點(diǎn)的平均能量值；
[0022] (5)采用紅外圖像清晰度評(píng)價(jià)函數(shù)Score= (1-T)X100%來計(jì)算出鏡頭走的每一 步探測(cè)器俘獲的紅外圖像的清晰度評(píng)價(jià)值。
[0023] 所述的基于梯度濾波器的紅外圖像清晰度評(píng)價(jià)方法是當(dāng)相鄰像元的灰度差大于 某閾值時(shí)，即Ig(X+k，y)-(X，y) |>6^；3_時(shí)，對(duì)相鄰近的象元灰度差進(jìn)行平方求和，其 計(jì)算公式如下：F(k) =ΣΧΣy[g(x+k，y)_g(x，y)]2;其中，Gthreshcild是閾值條件，g(x，y)是 像元（X，y)的灰度值，k為相鄰像元的間隔。
[0024] 所述的基于Sobel梯度算子的Tenengrad函數(shù)的紅外圖像清晰度評(píng)價(jià)方法是利用 Sobel算子來估計(jì)圖像在水平方向和垂直方向的梯度，并對(duì)梯度進(jìn)行平方運(yùn)算，其運(yùn)算公式 為：F(/〇二ΖΣ[5'(.λ·，>·)]2 ? ?" *· s.
[0025]其中，少_) =^Cj；{x,y) +G；{x,y),少）>G,Gx(x,y)和Gy (x,y) 分別為X和y方向上的Sobel算子計(jì)算的差分值，Gthrashcild是閾值條件，x方向和y方向的 r-l Q(1 1 1' sobel 算子表達(dá)式如下：:? = 一2 0 2，5"，= 0 _0_ 0 V-1 0 lj [-1 -2~\? ' ρ
[0026] 所述步驟（四）中采用變步長(zhǎng)尋找峰值法或二分法尋找峰值法找出最優(yōu)的紅外圖 像清晰度評(píng)價(jià)焦距位置。
[0027] 所述采用變步長(zhǎng)尋找峰值法找出最優(yōu)的紅外圖像清晰度評(píng)價(jià)焦距位置包括以下 步驟：
[0028]a、進(jìn)行紅外圖像清晰度評(píng)價(jià)后，系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)以一個(gè)固定的大步長(zhǎng)L移動(dòng)到距離 最遠(yuǎn)焦距處，移動(dòng)的步數(shù)為N，記錄每步的紅外圖像位置％以及清晰度評(píng)價(jià)P1;其中，i為第 i次的步數(shù)；
[0029]b、比較這N步中紅外圖像的清晰度評(píng)價(jià)大小，找出這i步位置處的清晰度評(píng)價(jià)最 大值？_以及位置1_;
[0030] c、驅(qū)動(dòng)電機(jī)使調(diào)焦焦距返回至大步長(zhǎng)走的紅外圖像最大清晰度位置11_處，并隨 機(jī)選定一個(gè)方向，焦距開始以小步長(zhǎng)1移動(dòng)一步，同時(shí)紅外探測(cè)器俘獲紅外圖像并計(jì)算清 晰度評(píng)價(jià)值Pc;
[0031] d、比較P_和P。的大小，如果P。汗_，說明焦距往清晰度評(píng)價(jià)高的一方移動(dòng)，否則 使調(diào)焦焦距往反方向移動(dòng)；
[0032] e、驅(qū)動(dòng)調(diào)焦焦距以小步長(zhǎng)移動(dòng)并記錄位置M,以及紅外清晰度評(píng)價(jià)值P,，調(diào)焦焦距 每移動(dòng)一小步1，系統(tǒng)計(jì)算探測(cè)器獲取的紅外圖像的清晰度評(píng)價(jià)P]+1并比較前后兩步Μ]+1和 Μ#的清晰度評(píng)價(jià)PjPPj+1的大小，如果后一步的清晰度評(píng)價(jià)大于前一步，即PpAPj，則電機(jī) 使焦距繼續(xù)向此方向以小步長(zhǎng)1移動(dòng)，并執(zhí)行步驟g;如果后一步的紅外圖像清晰度評(píng)價(jià)小 于前一步的，即Ρ,+'Ρ,，則反轉(zhuǎn)電機(jī)使調(diào)焦焦距返回至上一步位置4處并執(zhí)行步驟f;其中， j為小步長(zhǎng)走的步數(shù)；
[0033] f、當(dāng)P]+1〈P，j改變調(diào)焦的焦距步長(zhǎng)，使其比上一次步長(zhǎng)小，再重復(fù)步驟e;
[0034] g、判定前一步的紅外清晰度評(píng)價(jià)與后一步的差小于一個(gè)設(shè)定的閾值？1時(shí)，調(diào)焦焦 距則已移動(dòng)到清晰度評(píng)價(jià)最大值焦距位置M_處，圖像清晰度評(píng)價(jià)值達(dá)到最大值P_，調(diào)焦 結(jié)束。
[0035] 所述采用二分法尋找峰值法找出最優(yōu)的紅外圖像清晰度評(píng)價(jià)焦距位置包括以下 步驟：
[0036] A、初始焦距并記錄位置L。，同時(shí)計(jì)算紅外圖像的清晰度評(píng)價(jià)為P。，將電機(jī)驅(qū)動(dòng)調(diào) 焦焦距移動(dòng)至焦距最遠(yuǎn)處Q計(jì)算紅外圖像清晰度評(píng)價(jià)為P1;
[0037] B、取。和Li兩位置的中點(diǎn)為L(zhǎng)2=L「L。，計(jì)算此時(shí)的紅外圖像清晰度評(píng)價(jià)記為P2;
[0038] C、在焦距L2處驅(qū)動(dòng)電機(jī)使焦距向遠(yuǎn)