[发明专利]一种具有温度补偿的红外热像仪自动对焦系统及方法

说明书

本发明涉及一种具有温度补偿的红外热像仪自动对焦系统及方法，属于红外热成像处理技术领域。该系统包括高低温环境实验箱、平行光管、红外热像仪、调焦镜、调焦镜滑动丝杆、调焦电机、丝杆位置传感器、FPGA嵌入式图像处理器、电机伺服控制器和热像仪整机温度传感器等部件；本发明针对具有大变倍比、长焦距光学系统的热像仪整机系统，压缩自动对焦搜索范围，加强了爬坡算法的边界约束条件，提高了自动对焦方法的可靠性和实时性，在工程化实现上具有显著的优势。

技术领域

本发明属于红外热成像处理技术领域，具体涉及一种具有温度补偿的红外热像仪自动对焦系统及方法。

背景技术

仅就自动对焦方法和实现，可见光成像系统中的成熟应用并不鲜见，但红外热像仪光学系统与可见光成像系统相比，体积、结构和质量的迥异致使常规的自动对焦方法难以适用于红外热像仪。红外热像仪具有如下特点：

1.红外传感器信号响应率较低，噪声较大，为了获得质量较好的红外视频，要求更大的通光孔径以获得更多的红外辐射，这就导致了光学系统的体积和质量较大，致使与之匹配的调焦伺服机构的运动变得笨重和缓慢，通常适用于可见光的自动对焦方法难以在红外成像整机上工程化实现。

2.红外热像仪的应用，更多的表现为军用背景，要求有较远的视距识别能力，较大变倍比，于是要求与之匹配的光学调焦系统也具有较长的调焦行程。通常，适用于可见光的自动调焦方法即使功能上能实现自动调焦的方法，但较长的调焦行程会导致实时性能退化，不能满足工程实现。

3.红外热像仪整机光学系统的齐焦性随温度漂移较大，如果不在自动调焦前对其补偿，通常的自动调焦方法难以在短时内遍历整个全温工作下的调焦行程。

当前，针对红外热像仪的自动对焦方法，大多属于可见光算法的改进和优化，通常是针对爬坡算法提出了改进和优化，或对图像清晰度评价函数采样窗口加入人工干预。针对于第一种优化自动调焦的方法，只是从增加爬坡算法的冗余性提高算法的可靠性来考虑，从方法实现上，其冗余性必将降低算法实现的实时性，缺乏工程化实现的基础。对于第二种人为增加图像清晰度评价函数采样窗口干预的方法，一方面，加入人工干预失去了自动调焦方法的意义；另一方面，面对一副完全模糊到甚至无法识别目标轮廓的图像，人工干预即使主动积极的参与，也无从下手，其方法仍然失效。上述两种改进的自动调焦方法都忽略了环境温度对红外热像仪齐焦性的影响，只能更多的适用于实验室验证，无法提供工程化实现的方法。因此如何克服现有技术的不足是目前红外热成像处理技术领域亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种具有温度补偿的红外热像仪自动对焦系统及方法，该系统通过热像仪预先标定的焦距温度补偿参数，有效的压缩自动对焦搜索范围方法，大幅提高了热像仪自动对焦功能模块的实时性，从而使得自动对焦功能在长焦距的热像仪整机系统上得以工程化实现。本发明的工程化实现上，采用了基于FPGA的数字电路实现，充分发挥了FPGA高速并行运算能力，不但可以实时实现较为复杂的自适应自动对焦方法，而且可以把其方法模块作为一个功能模块或IP核，灵活的插入至热像仪成像处理电路的FPGA内部，并可借用其他图像处理模块计算的中间结果，降低自动对焦方法对硬件资源需求的要求。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种具有温度补偿的红外热像仪自动对焦系统，包括：高低温环境实验箱、平行光管、红外热像仪、调焦镜、调焦镜滑动丝杆、调焦电机、丝杆位置传感器、FPGA嵌入式图像处理器、电机伺服控制器和热像仪整机温度传感器；

红外热像仪置于高低温环境实验箱中，在高低温环境实验箱上两侧设置开口作为观察窗口，一侧开口正对平行光管的光轴方向，另一侧开口正对场景；

电机伺服控制器的控制端与调焦电机相连，用于控制调焦电机工作；