[发明专利]反射式变形镜变焦方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种反射式变形镜变焦方法及系统，尤其涉及一种适合空间相机应用的基于图像的高分辨率反射式变形镜变焦方法及系统。

背景技术

随着空间对地遥感技术的飞速发展，空间相机不再局限定焦观测，能够实现远距离目标的搜索和观测记录的同时还能进行大视场目标观测和数据采集，变焦技术成为空间相机发展的重要方向。

体积、重量、更高的可靠性是空间相机较地面相机严格约束的条件之一，因此尽可能的减少运动部件，同时又在保证图像质量的条件下缩小调焦机构的体积和重量是空间相机发展的趋势。用对变形镜曲率和面形的控制替代传统的运动部件进行变焦和图像质量的控制，不仅能够准确地执行变焦任务进行视场切换，对空间相机在轨运行时多种离焦状况引起的图像质量下降获得像面质量的提升，还能够提高系统的可靠性，降低设备的体积重量。

变形镜区别于传统光学元件的重要特点是具有可控能力，是现代自适应光学的核心部件之一。它可以校正由于多种内外因素引起的波前误差。典型的自适应光学系统是使用波前传感器测量入射光的波前畸变，然后通过控制器向波前校正设备发出控制信号，使可变形反射镜发生期望的形变，同时抵消畸变，恢复波前。

将变形镜引入空间相机，通过对变形镜曲率的控制，替代凸轮或其它传动形式的变焦方式，使透镜组间隔保持稳定不变，镜头结构构造的复杂性大大降低，系统的可靠性得到提升；另外对于用户而言，采集到的图像数据是最终的成像效果，以光学图像的数字量作为衡量图像质量的标准，采用系统原有的图像处理电路，增加适量软件数据处理量，得到变形镜的控制参数，进行成像质量的控制，替代变形镜采用波前传感器进行闭环控制的方法，从系统终端评价系统成像质量，可以获得更好的图像质量。

发明内容

为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种在图像采集及处理电路的基础上增加适量软件工作量以实现对变形镜的曲率和面形的控制、实现空间相机无运动部件，基于图像的高分辨率反射式变形镜变焦控制方法及系统。

本发明的技术解决方案是：本发明提供了一种反射式变形镜变焦方法，其特殊之处在于：所述方法包括以下步骤：

1）根据外部变焦指令判断是否需要变焦；若是，则进行步骤2）；若否，则退出变焦过程；

2）通过调整变形镜的曲率进行变焦控制；

3）根据变焦时间判断变焦过程是否完成，若是，则退出焦距调整过程；若否，则继续执行步骤2）。

上述步骤2）的具体实现方式是：

2.1）确定变形镜曲率变化的执行机构以及驱动机构；所述变形镜曲率变化的执行机构是变形镜；所述驱动机构是设置在变形镜背部的促动器；所述促动器包括设置在变形镜的中心为中心促动器以及环绕设置在中心促动器外部的外围促动器；

2.2）确定变焦系统的电子学系统：所述电子学系统包括用于完成光学图像的采集功能的图像采集单元；用于完成所采集光学图像的预处理以及模数转换的视频处理单元；用于完成数字信号图像的预处理和输出、变焦指令的采集，变焦促动器控制量的计算输出、调焦感兴趣区域图像的读取、聚焦判断、调焦促动器控制量的计算及计算量输出的数字信号处理及控制信号计算单元；用于存储采集到的数字图像，以便变焦处理时图像根据感兴趣区域的坐标进行图像读回的图像存储单元；以及，促动器控制量的数模转换和促动器的电压驱动模块；

2.3）生成系统焦距与各促动器控制量对照关系表：根据光学系统设计和促动器在变形镜背面的排布设计决定了系统焦距与变形镜曲率的对应关系，标定出变形镜不同曲率对应变焦时外围各促动器的工作状态；

2.4）根据变焦指令查找出变焦指令相对应的焦距的各个促动器的控制量，以并行方式经高压驱动后输出至步骤2.1）中的各个促动器；

2.5）变形镜曲率变化过程中，保持中心促动器位移不变，变形镜背部外围促动器的位移量发生预期的变化，实现变形镜曲率的控制。

上述步骤3）之后还包括：

4）通过镜头以及图像探测器采集图像；

5）对步骤4）中由图像探测器所采集得到的图像经射极跟随和视频驱动以差分形式送往视频处理单元后并进行模数转换以及图像存储；

6）将步骤5）所得到的变焦控制后的图像进行清晰度判断，若图像清晰，退出变焦过程；若图像不清晰，则通过外围促动器对变形镜面形进行微调控制得到清晰图像。

上述步骤6）中是通过聚焦评价函数对变形镜面形进行微调控制。

上述步骤6）中通过聚焦评价函数对变形镜面形进行微调控制的具体实现方式是：