專利名稱：一種光學相機自適應快速調(diào)焦裝置及調(diào)焦方法
技術領域：
本發(fā)明屬于航天光學遙感器領域，涉及一種光學相機自適應快速調(diào)焦裝置及相應的方法，用于光學相機在軌自動調(diào)焦。
背景技術：
高空間分辨率光學遙感器的研制一直是人類空間技術的重要組成部分，高的圖像質(zhì)量是航天光學遙感器重要的技術指標。光學相機在發(fā)射升空瞬間將經(jīng)歷加速及劇烈震動，負載倉內(nèi)、外存在巨大壓力差，太陽、地球輻射等因素使整星受熱不均勻，空間軌道大氣壓隨著高度變化，這一系列溫度、壓強、振動等因素將引起空間光學遙感器光學元件的曲率半徑、面形、光學間隔、材料折射率等光學參數(shù)產(chǎn)生變化，進而導致光學系統(tǒng)產(chǎn)生軸向離焦現(xiàn)象，從而使得光學相機像面像質(zhì)退化。因此，“在軌自動調(diào)焦技術”是空間光學遙感器，特別是長焦距、大口徑空間光學遙感器獲得高圖像質(zhì)量關鍵技術之一。美國的哈勃空間望遠鏡(HST)，成功使用了 “在軌自動調(diào)焦技術”，在軌運行期間一直保持0.1'，高分辨率成像，該技術已為下一代空間望遠鏡(NGST)所繼承。而在我國，通常是在衛(wèi)星升空前，利用數(shù)字或地面物理仿真、試驗手段，得到光學相機在軌階段最佳焦面位置估計值，并將成像面預置在焦面處，但不能依據(jù)不同空間環(huán)境實現(xiàn)在軌自適應自動調(diào)焦。國內(nèi)現(xiàn)有在軌調(diào)焦技術，也有將圖像數(shù)據(jù)下傳到地面的方式，由人工進行多次圖像數(shù)據(jù)判讀后，上傳調(diào)焦控制信息，以實現(xiàn)在軌相機的合焦判斷與調(diào)焦，但不能自動調(diào)焦，調(diào)焦效果取決于成像目標細節(jié)的豐富程度，對成像條件要求較高，調(diào)焦速度較慢。因此，迫切需要一種光學相機自適應快速調(diào)焦裝置及相應的方法，實現(xiàn)航天光學遙感器在軌快速自動調(diào)焦，以適應入軌過程、在軌運行階段的不同空間環(huán)境變化，獲取高的圖像質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術解決問題是:克服現(xiàn)有技術的不足，提出了一種光學相機自適應快速調(diào)焦裝置及相應的方法，通過兩個像面比較相應構形熵的大小，采用最大構形熵作為合焦判據(jù)，實現(xiàn)光學相機在軌自適應調(diào)焦功能。本發(fā)明的技術解決方案是:一種光學相機自適應快速調(diào)焦裝置，包括檢焦判斷器、圖像采集器、數(shù)據(jù)運算器、調(diào)焦驅(qū)動組件、運動部件、編碼器和鎖定部件，其中:運動部件:與光學相機像面固定連接，并在調(diào)焦驅(qū)動組件的驅(qū)動下帶動光學相機像面沿光學相機的光軸移動；鎖定部件:對運動部件的運動進行鎖定；編碼器:獲取光學相機像面靜止時的位置信息己并送至檢焦判斷器；r=0時光學相機像面處于初始位置，r=l, 2，…R時光學相機像面處于第r次移動后的位置，R為調(diào)焦完成后光學相機像面可能的總移動次數(shù)；圖像采集器:從光學相機像面獲取原始圖像信息，對原始圖像信息進行去噪聲和非均勻性校正處理得到校正圖像信息，對校正圖像信息按量化比特數(shù)k進行量化得到量化圖像信息并送至數(shù)據(jù)運算器；所述的量化圖像信息包括灰度值為i的像元總數(shù)Ni,
i=0, I, 2,
權利要求
1.一種光學相機自適應快速調(diào)焦裝置，其特征在于包括:檢焦判斷器(I)、圖像采集器(2)、數(shù)據(jù)運算器(3)、調(diào)焦驅(qū)動組件(9)、運動部件(6)、編碼器(7)和鎖定部件(8)，其中: 運動部件(6):與光學相機像面(10)固定連接，并在調(diào)焦驅(qū)動組件(9)的驅(qū)動下帶動光學相機像面(10)沿光學相機的光軸移動； 鎖定部件(8):對運動部件(6)的運動進行鎖定； 編碼器(7):獲取光學相機像面(10)靜止時的位置信息己并送至檢焦判斷器(I) ；r=0時光學相機像面(10)處于初始位置，r=l, 2,…R時光學相機像面(10)處于第r次移動后的位置，R為調(diào)焦完成后光學相機像面(10)可能的總移動次數(shù)； 圖像采集器(2):從光學相機像面(10)獲取原始圖像信息，對原始圖像信息進行去噪聲和非均勻性校正處理得到校正圖像信息，對校正圖像信息按量化比特數(shù)k進行量化得到量化圖像信息并送至數(shù)據(jù)運算器(3);所述的量化圖像信息包括灰度值為i的像元總數(shù)Ni,
2.根據(jù)權利要求1所述的一種光學相機自適應快速調(diào)焦裝置，其特征在于:所述的光學相機像面(10)每次移動的距離作為調(diào)焦步長，調(diào)焦步長按照以下原則設定:初始調(diào)焦步長為調(diào)焦量范圍內(nèi)20 30倍的光學相機焦深，隨后對光學相機像面(10)移動的方向進行統(tǒng)計，若光學相機像面(10)移動的方向沒有改變，則光學相機像面(10)下一次移動時的調(diào)焦步長保持與上一次移動時的調(diào)焦步長一致；若光學相機像面(10)移動的方向發(fā)生了改變，則光學相機像面(10)下一次移動時的調(diào)焦步長為上一次移動時的調(diào)焦步長的δ倍，0〈 δ〈I。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的一種光學相機自適應快速調(diào)焦裝置，其特征在于:所述的數(shù)據(jù)運算器(3)按像元順序一次完成整幅圖像不同灰度級i所對應像元數(shù)Ni的統(tǒng)計，對應每個灰度級i，每增加一個像元就自動將與該灰度級i相應的Ni值加I。
4.一種光學相機自適應快速調(diào)焦方法，其特征在于步驟如下: (A)從光學相機像面(10)在靜止位置獲取原始圖像信息，對原始圖像信息進行去噪聲和非均勻性校正處理得到校正圖像信息； (B)對校正圖像信息按量化比特數(shù)k進行量化得到量化圖像信息；所述的量化圖像信息包括灰度值為i的像元總數(shù)Ni, i=0, I, 2，...2k-l ；(C)建立Mi和Ni的映射關系表并存儲，根據(jù)量化圖像信息采用公式
5.根據(jù)權利要求4所述的一種光學相機自適應快速調(diào)焦方法，其特征在于:所述的光學相機像面(10)每次改變位置時移動的距離作為調(diào)焦步長，調(diào)焦步長按照以下原則設定:初始調(diào)焦步長為調(diào)焦量范圍內(nèi)20 30倍的光學相機焦深，隨后對光學相機像面(10)移動的方向進行統(tǒng)計，若光學相機像面(10)移動的方向沒有改變，貝1J光學相機像面(10)下一次移動時的調(diào)焦步長保持與上一次移動時的調(diào)焦步長一致；若光學相機像面(10)移動的方向發(fā)生了改變，則光學相機像面(10)下一次移動時的調(diào)焦步長為上一次移動時的調(diào)焦步長的 δ 倍，0〈 δ〈I。
全文摘要
一種光學相機自適應快速調(diào)焦裝置，包括檢焦判斷器(1)、圖像采集器(2)、數(shù)據(jù)運算器(3)、調(diào)焦驅(qū)動組件(9)、編碼器(7)。編碼器(7)獲取光學相機像面(10)的位置，圖像采集器(2)獲取量化圖像，數(shù)據(jù)運算器(3)計算圖像的構形熵，檢焦判斷器(1)計算兩個不同位置處的圖像構形熵并根據(jù)結果發(fā)出調(diào)焦信息至調(diào)焦驅(qū)動組件(9)，帶動光學相機像面(10)到達最大構形熵所在位置。光學相機自適應快速調(diào)焦方法，通過比較光學相機像面(10)在兩個不同位置處所成圖像的構形熵的比較結果調(diào)整移動方向，最終找到最大圖像構形熵所在的位置作為光學相機像面(10)合焦位置。本發(fā)明調(diào)焦速度快精度高，滿足弱對比度目標的航天遙感。
文檔編號H04N5/232GK103237173SQ201310156008
公開日2013年8月7日 申請日期2013年4月28日 優(yōu)先權日2013年4月28日
發(fā)明者郭玲華, 曹桂興, 劉乃金, 鄧崢, 李聰, 顧偉琪 申請人:中國空間技術研究院