[发明专利]一种红外自动对焦快速搜索方法

说明书

本发明属于红外探测成像技术领域，具体涉及一种红外自动对焦快速搜索方法。针对连续变焦红外热像仪参数，采用相邻像素灰度方差法作为红外图像清晰度评价函数，实现对每帧红外图像的无延迟高速计算；对红外图像清晰度评价函数值进行滤波处理；设定快速实焦搜索策略参数，包括给定初始搜索方向，并采取粗细结合的快速爬山搜索策略；连续变焦红外热像仪具备自动对焦功能，当收到自动对焦指令时，自动完成清晰度评价函数计算，控制运动机构以合理的方向、速度及精度带动镜组运动，驱动实焦搜索流程，最终达到对当前成像目标实焦成像的效果。本发明可以实现红外成像探测设备在无人工干预情况下的自动对焦，并在保证对焦成功率的前提下提高对焦速度。

技术领域

本发明属于红外探测成像技术领域，具体涉及一种红外自动对焦快速搜索方法。

背景技术

红外成像技术是将目标视场内各物体表面因温度或发射率不同而产生的红外辐射差异转化为可见图像的技术。对目标的探测依赖于对其准确聚焦得到清晰图像。传统的手动调焦方法，具有操作繁琐，主观性强的缺点。自动对焦技术是成像系统的一项专用技术，用于在无人工干预的条件下，调焦组件根据目标景物的特性进行自动补偿，实现清晰图像的过程，该技术已在可见光系统中广泛使用。由于红外波段波长较长，红外光学系统设计复杂，控制精度要求高。受到现有技术和工艺条件的制约，红外探测器的像元较少、均匀性差、像元间存在串音、景物边缘粗糙等综合因素的影响，传统的自动调焦技术不可能直接应用于红外系统。目前，业内对红外自动对焦方法提出了需求，主要技术目标是实现快速、准确的对目标自动对焦，以应用在各类探测、侦察应用场景中。

发明内容

本发明的目的在于提供一种红外自动对焦快速搜索方法，实现红外成像探测设备在无人工干预情况下的自动对焦，并在保证对焦成功率的前提下提高对焦速度。

为达到上述目的，本发明所采取了以下技术方案：

一种红外自动对焦快速搜索方法，包括以下步骤：

步骤一：针对连续变焦红外热像仪参数，采用相邻像素灰度方差法作为红外图像清晰度评价函数，实现对每帧红外图像的无延迟高速计算；

步骤二：对实时计算的红外图像清晰度评价函数值进行滤波处理；

步骤三：设定快速实焦搜索策略参数，包括给定初始搜索方向，并采取粗细结合的快速爬山搜索策略；

步骤四：连续变焦红外热像仪具备自动对焦功能，当收到自动对焦指令时，自动完成清晰度评价函数计算，控制运动机构以合理的方向、速度及精度带动镜组运动，驱动实焦搜索流程，最终达到对当前成像目标实焦成像的效果。

所述的步骤一中，相邻像素灰度方差法具体如下：选取3×3的拉普拉斯像素模板为评价算子，分别计算中心像素值和所有相邻的8个像素的差值的平方和；针对640×512分辨率成像系统，选择中心220×170像素区域作为计算模板，利用FPGA的高速并行运算能力，在延迟小于三行像素输出周期的情况下完成针对每个待计算像素的评价值计算。

所述的步骤二中采用中值滤波方式。

所述的步骤三中，粗细结合的快速爬山搜索策略如下：算法维护一个长度自定义的清晰度评价函数数组，新计算的清晰评价函数位于数组队尾，先进先出；先控制电机以大步距步进，且移动范围较大，当实时计算得到的清晰度评价函数数组持续减小时，认为移动方向错误，控制电机反向运动；当判断数组数据增大后又持续减少时，返回上一位置，这时认为找到粗调正焦面；接着电机在粗调焦平面处以小于半倍焦深的小步长步进，重复上述过程，直至找到精确正焦面；在全部移动过程中，记录数组极大值，与最后搜索得到的正焦面评价函数值对比，作为评价正焦面是否实焦的判据。

所述的步骤三中还设计了自动对焦过程的机械故障屏蔽程序，当自动对焦算法无法有效寻找到评价函数极大值点，存在碰撞补偿组运动极限边界的情况，导致当前场景无法实焦对准时，将最终停止在对无穷远成像实焦位置。