[发明专利]一种基于曲线拟合的自动检焦方法

说明书

本发明提供一种基于曲线拟合的自动检焦方法，针对反射式光学系统离焦，导致成像清晰度下降而影响后续处理的问题，通过采集实际像方焦面附近的光斑图像，提取光斑的特征信息，进行曲线拟合，再依据拟合曲线计算出次镜的最佳位置，其所对应的像方焦面作为光学系统的实际像方焦面。其有益效果在于：不仅可以突破图像分辨率的限制找到实际像方焦面，而且方法操作简单，适应性强，不需要借助其它的设备，即能实现对光学系统实际像方焦面位置的检测工作。

技术领域

本发明属于基于图像处理的自动调焦领域，具体涉及一种基于曲线拟合的自动检焦方法。

背景技术

当目标在无穷远时，由于光学系统的口径是有限的，在这部分区域内，无穷远轴上物点视为发出平行光线进入光学系统。根据理想光学系统的性质，这束平行光与光轴交于像方焦点，过焦点作光轴的垂面，即为像方焦面。然而在实际应用中，成像系统的工作环境往往复杂多变，在成像过程中，受温度、大气压力、成像距离等因素影响，光学系统会发生离焦，导致成像清晰度下降，不便于后续图像识别、配准和定位等操作。因此，需要使用检焦技术检测系统的实际像方焦面位置，并将探测器成像面移动至实际像方焦面。

目前经常使用的检焦方法有程序控制法、光电自准直法和图像处理法。程序控制法是一种开环控制方法，检焦精度和场景适应性较差；光电准直法的机械结构复杂度高，检焦时无法对外界景物成像，检焦实时性差；图像处理法由于分辨率的限制，在一定的范围内，无法反映出光斑的变化。因此本文提出一种基于曲线拟合的自动检焦方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题为：针对反射式光学系统离焦，导致成像清晰度下降的问题，提供一种基于曲线拟合的自动检焦方法。

本发明的采用的技术方案为：本发明一种基于曲线拟合的自动检焦方法，具体实现步骤为：

步骤1、移动次镜，确定有效次镜位置区间；

步骤2、在有效次镜位置区间内，以固定距离L移动N次次镜位置，在每个次镜位置采集M张图像；

步骤3、提取图像中光斑的特征信息；

步骤4、利用多个次镜位置信息及其对应的光斑特征信息进行曲线拟合；

步骤5、计算各次镜位置的拟合残差，并判断拟合残差是否大于固定值δ：在大于固定值δ的次镜位置处，重新采集图像，重复步骤3～4；若所有残差均小于δ，则转入步骤6；

步骤6、根据拟合曲线，确定最佳次镜位置。

进一步地，所述步骤1中，有效次镜位置区间的确定方法为：通过实时提取光斑面积，确定最小光斑图像所对应的次镜位置区间然后向前和向后移动次镜，确定光斑发散不明显图像的极限位置和则有效次镜位置区间为：

进一步地，所述步骤4中曲线拟合的公式为：

area_i＝αtan²(β|x_i-x₀|)+γ

式中，x₀为所求次镜位置，x_i是第i个次镜位置，area_i是次镜位于x_i时所对应的图像光斑面积，α、β、γ均为待定系数。

本发明与现有技术相比的有益效果在于：不仅可以突破图像分辨率的限制找到实际像方焦面，而且方法操作简单，适应性强，不需要借助其它的设备，即能实现对光学系统实际像方焦面位置的检测工作。

附图说明

图1是实施例中采集图像的示例；

图2是实施例中从采集图像中提取的光斑面积示意图；

图3是实施例中初次曲线拟合的结果图；