[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

摘要

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。

主权项

1.一种具有温度补偿的红外热像仪自动对焦系统，其特征在于，包括：高低温环境实验箱(101)、平行光管(102)、红外热像仪(201)、调焦镜(301)、调焦镜滑动丝杆(302)、调焦电机(303)、丝杆位置传感器(304)、FPGA嵌入式图像处理器(401)、电机伺服控制器(402)和热像仪整机温度传感器(405)；红外热像仪(201)置于高低温环境实验箱(101)中，在高低温环境实验箱(101)上两侧设置开口作为观察窗口，一侧开口正对平行光管(102)的光轴方向，另一侧开口正对场景；电机伺服控制器(402)的控制端与调焦电机(303)相连，用于控制调焦电机(303)工作；调焦电机(303)的动力输出端与调焦镜滑动丝杆(302)相连；调焦镜滑动丝杆(302)上连接有调焦镜(301)和丝杆位置传感器(304)，所述的丝杆位置传感器(304)用于采集丝杆上调焦镜所在位置；电机伺服控制器(402)驱动调焦电机(303)运动，调焦镜滑动丝杆(302)将调焦电机(303)的旋转运动转化为调焦镜(301)以光轴为轴向的运动；热像仪整机温度传感器(405)设在红外热像仪(201)，用于采集红外热像仪当前工作温度；FPGA嵌入式图像处理器(401)包括存储焦距温度补偿参数的非易失存储器(403)、动态存储器(404)、红外视频数据的采集处理模块(501)、图像清晰度评价函数计算模块(502)、自动调焦功能控制模块(503)、温度、焦距和图像清晰度评价函数同步采样模块(504)和爬坡算法的实现模块(505)；存储焦距温度补偿参数的非易失存储器(403)用于预存储各个温区的最小视距下斜率和截距，以及最大视距下斜率和截距；动态存储器(404)，分别与红外视频数据的采集处理模块(501)、图像清晰度评价函数计算模块(502)、温度、焦距和图像清晰度评价函数同步采样模块(504)和爬坡算法的实现模块(505)连接，用于存储红外视频数据的采集处理模块(501)处理过程中的数据，存储图像清晰度评价函数计算模块(502)的计算结果，存储温度、焦距和图像清晰度评价函数同步采样模块(504)采样数据，还存储爬坡算法的实现模块(505)的计算数据；自动调焦功能控制模块(503)分别与电机伺服控制器(402)、红外视频数据的采集处理模块(501)、图像清晰度评价函数计算模块(502)、温度、焦距和图像清晰度评价函数同步采样模块(504)、爬坡算法的实现模块(505)相连，用于控制电机伺服控制器(402)、红外视频数据的采集处理模块(501)、图像清晰度评价函数计算模块(502)、温度、焦距和图像清晰度评价函数同步采样模块(504)、爬坡算法的实现模块(505)的工作；还与存储焦距温度补偿参数的非易失存储器(403)相连，用于从存储焦距温度补偿参数的非易失存储器(403)中获取当前工作温度所在温区的最小视距下斜率和截距以及最大视距下斜率和截距，从而得到当前工作温度所在温区的相对调焦范围；红外视频数据的采集处理模块(501)还与红外热像仪(201)的红外探测器相连，用于将红外探测器读出的原始图像信号进行非均匀性校正、图像滤波和图像增强处理，从而获得质量优异的红外视频，并将原始图像信号和处理后的红外视频存储至动态存储器(404)中；图像清晰度评价函数计算模块(502)与动态存储器(404)相连，用于根据从动态存储器(404)获得处理后的红外视频，计算调焦窗口内的图像清晰度评价函数值；爬坡算法的实现模块(505)与动态存储器(404)相连，用于对调焦窗口内的图像进行爬坡；温度、焦距和图像清晰度评价函数同步采样模块(504)还分别与热像仪整机温度传感器(405)、丝杆位置传感器(304)、动态存储器(404)相连，用于当爬坡算法的实现模块(505)爬坡的同时，同步采集红外热像仪(201)的当前工作温度、调焦镜(301)所在位置和调焦窗口内的图像清晰度评价函数计算值。