本發(fā)明屬于光電探測(cè)成像領(lǐng)域，具體涉及一種基于深度學(xué)習(xí)的光學(xué)遙感相機(jī)高精度快速調(diào)焦方法。

背景技術(shù)：

1、遙感相機(jī)調(diào)焦的提升圖像質(zhì)量的重要方法。相機(jī)成像原理是基于小孔成像原理，當(dāng)光線經(jīng)過鏡頭光心時(shí)，投射到成像感光器件上，從而采集到圖像。調(diào)焦通過移動(dòng)整個(gè)鏡頭或鏡頭中的某些鏡片，調(diào)整成像面與鏡頭的距離，使成像面到光心的距離等于像距，物體可以清晰的成像到感光器件上。

2、目前傳統(tǒng)調(diào)焦需要通過獲取同一景物的多幀圖像計(jì)算圖像的統(tǒng)計(jì)特性，依據(jù)相應(yīng)期間的對(duì)焦算法庫計(jì)算鏡頭移動(dòng)位置。這類方法一方面不具備通用性，需要依據(jù)不同的鏡頭定制相應(yīng)算法庫，另一方面對(duì)于機(jī)動(dòng)的遙感相機(jī)，尤其是推掃式遙感相機(jī)，難以獲取同一景物的多幀圖像。上述原因?qū)е铝诉b感相機(jī)普遍采用人工方式調(diào)焦，且要求成像景物一致，極大地加長了調(diào)焦周期，且通過人工判別精度難以保證。

3、本發(fā)明提供了一種基于深度學(xué)習(xí)的光學(xué)遙感相機(jī)高精度快速調(diào)焦方法。該方法通過建立通過大量樣本訓(xùn)練后的去模糊深度學(xué)習(xí)模型，采用遍歷的方式以不同焦距成像，基于去模糊后圖像與原始圖像的相似度評(píng)估不斷縮小調(diào)焦區(qū)間，最終確定最佳焦面位置，在保證圖像高精度的同時(shí)，極大的縮短了調(diào)焦周期。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本發(fā)明提出了一種基于深度學(xué)習(xí)的光學(xué)遙感相機(jī)高精度快速調(diào)焦方法。

2、本發(fā)明要解決的技術(shù)問題通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

3、一種基于深度學(xué)習(xí)的光學(xué)遙感相機(jī)高精度快速調(diào)焦方法，其處理流程如圖1包括以下步驟：

4、s1：部署通過大樣本訓(xùn)練后的去模糊深度學(xué)習(xí)模型n；

5、部署已訓(xùn)練好的去模糊深度學(xué)習(xí)模型n如圖2分為數(shù)據(jù)集構(gòu)建、模型n構(gòu)建、模型訓(xùn)練三個(gè)過程。其中數(shù)據(jù)集是由a對(duì)模糊與清晰的圖片構(gòu)成，模糊圖像作為模型n的輸入，而清晰圖像則作為衡量模型去模糊性能的標(biāo)簽。去模糊模型n將尺寸為h×w的模糊圖像m直接輸入，輸出尺寸為h×w的去模糊圖像mq。模型訓(xùn)練通過損失函數(shù)loss衡量去模糊程度，其表達(dá)式如下所示，a≥1000；

6、

7、其中d表示圖像m的灰度等級(jí)，mt表示清晰的圖像標(biāo)簽，ssim和mse分別表示峰峰性噪比以及均方誤差。ssim與mse的計(jì)算方法如下所示。

8、

9、其中a，b，c為常數(shù)，l，c，s分別表示亮度、對(duì)比度和結(jié)構(gòu)，其計(jì)算公式如下：

10、

11、其中μm表示圖像灰度均值，σm表示圖像標(biāo)準(zhǔn)差，表示圖像間的協(xié)方差，c1、c2、c3為常數(shù)。

12、s2：確定遙感相機(jī)的調(diào)焦范圍i；

13、s3：將調(diào)焦區(qū)間分為n份，即以步長i/n將調(diào)焦范圍i劃分為n個(gè)范圍區(qū)間i1，…，in；

14、s4：遙感相機(jī)以i1，…，in區(qū)間中點(diǎn)為焦距，無需拍攝同一地點(diǎn)，保持傳感器成像姿態(tài)一致，分別成像n次，得到n個(gè)尺寸為h×w的圖像m1，…，mn；

15、s5：將n個(gè)圖像m1，…，mn分別送入去模糊深度學(xué)習(xí)模型n，得到n個(gè)對(duì)應(yīng)的尺寸為h×w的去模糊圖像mq1，…，mqn；

16、s6：分別計(jì)算s5中n對(duì)圖像的相似程度；

17、成像圖像m和去模糊圖像mq的相似程度l采用結(jié)構(gòu)相似性(ssim)和均方誤差(mse)綜合衡量，其表達(dá)式如下所示：

18、

19、其中d為圖像m以及mq的灰度等級(jí)。相似程度l為單調(diào)遞增函數(shù)，l的值越大代表成像圖像m與去模糊圖像mq的相似程度越高，即當(dāng)前焦距成像質(zhì)量更好。

20、s7：選取n對(duì)圖像中相似程度最高的焦距區(qū)間ix；

21、s8：判斷是否結(jié)束調(diào)焦。

22、判斷結(jié)束調(diào)焦分為兩種方法，一種是人工設(shè)置閾值y，若ix的相似度lx大于閾值y則退出調(diào)焦，若大于閾值則結(jié)束調(diào)焦，若小于閾值y則將ix作為新的調(diào)焦區(qū)間i，繼續(xù)重復(fù)s2至s8。

23、另一種方式是記錄下每一次ix的相似度lx，即[lx1，…，lxn]，若第n+1次迭代后lxn+1大于等于lxn則將第n次的焦距作為最佳焦距，退出調(diào)焦。若lxn+1小于等于lxn則將第n+1輪次的ix作為新的調(diào)焦區(qū)間i，繼續(xù)重復(fù)s2至s8。

24、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：

25、1.本發(fā)明中通過深度學(xué)習(xí)去模糊模型評(píng)價(jià)調(diào)焦效果，有效克服了推掃式光學(xué)遙感相機(jī)難以獲取同一景物多幀圖像并使用人工調(diào)焦的問題，在保證圖像高精度的同時(shí)，極大的縮短了調(diào)焦周期。

26、2.本發(fā)明中所提供的基于深度學(xué)習(xí)的光學(xué)遙感相機(jī)高精度快速調(diào)焦方法是一種具有通用性的自動(dòng)調(diào)焦方法。該方法無需依據(jù)鏡頭定制相應(yīng)自動(dòng)調(diào)焦算法庫，而是基于遍歷后進(jìn)行圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)選擇最優(yōu)焦距。

技術(shù)特征：

1.一種基于深度學(xué)習(xí)的光學(xué)遙感相機(jī)高精度快速調(diào)焦方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于深度學(xué)習(xí)的光學(xué)遙感相機(jī)高精度快速調(diào)焦方法，其特征在于：步驟1中具體實(shí)現(xiàn)過程包括數(shù)據(jù)集構(gòu)建、模型n構(gòu)建、模型訓(xùn)練三個(gè)過程；

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述基于深度學(xué)習(xí)的光學(xué)遙感相機(jī)高精度快速調(diào)焦方法，其特征在于：步驟1訓(xùn)練過程中，使用驗(yàn)證集評(píng)估模型的去模糊效果，計(jì)算去模糊圖像mq與清晰圖像mt的相似性l；相似性l為一單調(diào)遞增函數(shù)，保留其中相似度最高的模型權(quán)重；相似性l的計(jì)算公式如下；

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述基于深度學(xué)習(xí)的光學(xué)遙感相機(jī)高精度快速調(diào)焦方法，其特征在于：灰度等級(jí)為d的遙感相機(jī)成像圖像m與去模糊后圖像mq的相似度l采用結(jié)構(gòu)相似性和均方誤差綜合衡量，其表達(dá)式如下所示：

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述基于深度學(xué)習(xí)的光學(xué)遙感相機(jī)高精度快速調(diào)焦方法，其特征在于：步驟1訓(xùn)練結(jié)束后，使用測(cè)試集評(píng)估模型的去模糊效果，計(jì)算去模糊圖像mq與清晰圖像mt的相似性l；若模型去模糊效果符合調(diào)焦要求則使用該權(quán)重部署模型，反之則調(diào)整模型學(xué)習(xí)率、步長更新策略等訓(xùn)練參數(shù)，重新訓(xùn)練。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于深度學(xué)習(xí)的光學(xué)遙感相機(jī)高精度快速調(diào)焦方法，其特征在于：步驟4中，遙感相機(jī)以i1，…，in區(qū)間中點(diǎn)為焦距分別成像n次，n次成像無需拍攝同一地物，僅需保持遙感相機(jī)成像姿態(tài)一致。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于深度學(xué)習(xí)的光學(xué)遙感相機(jī)高精度快速調(diào)焦方法，其特征在于：步驟8中，判斷調(diào)焦結(jié)束的方式：人工設(shè)置閾值y，若ix的相似度lx大于閾值y則退出調(diào)焦，若大于閾值則結(jié)束調(diào)焦，若小于閾值y則將ix作為新的調(diào)焦區(qū)間i，繼續(xù)重復(fù)s2至s8。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于深度學(xué)習(xí)的光學(xué)遙感相機(jī)高精度快速調(diào)焦方法，其特征在于：步驟8中，判斷調(diào)焦結(jié)束的方式：記錄下每一次ix的相似度lx，即[lx1，…，lxn]，若第n+1次迭代后lxn+1大于等于lxn則將第n次的焦距作為最佳焦距，退出調(diào)焦；若lxn+1小于等于lxn則將第n+1輪次的ix作為新的調(diào)焦區(qū)間i，繼續(xù)重復(fù)s2至s8。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于深度學(xué)習(xí)的光學(xué)遙感相機(jī)高精度快速調(diào)焦方法，屬于光電探測(cè)成像領(lǐng)域。解決現(xiàn)有推掃式光學(xué)遙感相機(jī)需要通過拍攝同一景物進(jìn)行人工主觀判別，導(dǎo)致調(diào)焦周期長、調(diào)焦精度難以保證的問題。通過建立通過大量樣本訓(xùn)練后的去模糊深度學(xué)習(xí)模型，采用遍歷的方式以不同焦距成像，基于去模糊后圖像與原始圖像的相似度評(píng)估不斷縮小調(diào)焦區(qū)間，快速確定最佳焦面位置，在保證圖像調(diào)焦高精度的同時(shí)，也縮短了調(diào)焦周期。本發(fā)明在保證圖像高精度的同時(shí)，極大的縮短了調(diào)焦周期。本發(fā)明中是一種具有通用性的自動(dòng)調(diào)焦方法。該方法無需依據(jù)鏡頭定制相應(yīng)自動(dòng)調(diào)焦算法庫，而是基于遍歷后進(jìn)行圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)選擇最優(yōu)焦距。

技術(shù)研發(fā)人員：胡曉寧,韓龍,侯軍燕,柏彬,陳卓
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京市遙感信息研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6