[发明专利]一种主被动结合的变倍自动调焦方法及系统

摘要

本发明公开放的一种主被动结合的变倍自动调焦方法及系统，属于光电成像技术领域。本发明公开的一种主被动结合的变倍自动调焦方法包括如下步骤：步骤一：通过主动测距系统测量目标到成像系统之间的距离，根据距离值改变光学成像系统变倍组和补偿组的位置实现光学成像系统主动粗调焦；步骤二：被动成像系统用于实现对图像的采集和处理，根据图像清晰度评价函数值进行被动精调焦，直到调焦结束。本发明还公开用于实现上述方法的一种主被动结合的变倍自动调焦系统，包括主动测距系统、被动成像系统和控制系统。本发明能够实现用于光学系统的变倍自动调焦,通过主被动结合的变倍自动调焦快速获得高清图像，并能够满足实时性、准确性和高精度的要求。

主权项

1.一种主被动结合的变倍自动调焦方法，其特征在于：包括如下步骤，步骤一：通过主动测距系统测量目标到成像系统之间的距离，根据距离值改变光学成像系统变倍组和补偿组的位置实现光学成像系统主动粗调焦；主动测距系统测量目标到成像系统之间的距离信息u，并将目标的距离信息传送至控制系统的测距接口；控制系统根据目标的距离信息u和输入的变倍比M控制光学成像系统进行变倍；用带“*”的量表示变倍后的各个物理量，变倍前和变倍后的变倍组物点A和补偿组像点A′之间的距离为D和D*，根据几何光学知识得：其中L2和L2*分别为变倍组变倍前后的物像共轭距，L3和L3*分别为补偿组变倍前后的物像共轭距，β2和β2*分别为变倍组变倍前后放大率，β3和β3*分别为补偿组变倍前后放大率，f2′为变倍组的像方焦距，f3′为补偿组的像方焦距；其中β2和β3可由高斯光学物像公式计算：其中l1′为前固定组的像距，u为前固定组的物距，即测得的目标的距离信息，f1′为前固定组的像方焦距，d12为前固定组到变倍组的距离，d23为变倍组到补偿组的距离；为满足像面稳定不变，在变倍过程中需要满足变倍组物点A和补偿组像点A′之间的距离D始终保持固定不变，即D＝D*，保持像面不动应满足的方程式：其中T＝M·β2·β3，变倍比M＝β2*·β3*/β2·β3，将公式(2)中β2*的系数进行整理得：因此将m、n、k带入公式(2)后解方程得：光学系统中变倍组相对于初始状态位置的移动位移量为△x，补偿组相对于初始状态位置的移动位移量为△y，表达式如下：其中l2*为变倍组变倍后的物距，l2为变倍组变倍前的物距；根据公式(6)中变倍组位移量△x和补偿组位移量△y调整变倍组和补偿组的位置使像面到达正焦位置附近，从而实现光学成像系统主动粗调焦，但光学成像系统主动粗调焦结束时图像传感器获取目标图像通常未能准确聚焦于图像传感器的感光面上；步骤二：被动成像系统用于实现对图像的采集和处理，根据图像清晰度评价函数值进行被动精调焦，直到调焦结束；控制系统的图像接口接收光学成像系统主动粗调焦结束时的目标图像；对光学成像系统主动粗调焦结束时目标图像进行变分辨率采样，并使用图像清晰度评价函数对变分辨率目标图像进行图像清晰度评价，通过调焦搜索算法控制驱动电机驱动调焦机构来精细调整补偿组的位置，并获得相应对焦位置的新的目标图像，对新的目标图像再次进行图像清晰度评价，根据图像清晰度评价函数值进行被动精调焦，直到获得图像的最高清晰度评价值，调焦结束。