一种新型红外图像调焦系统及其使用方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及图像处理技术领域，具体是指一种新型红外图像调焦系统及其使用方 法。
【背景技术】
[0002] 手动调焦由于操作流程复杂、主观性强、对操作者要求较高和容易产生视觉疲劳， 造成调焦得到的图像不稳定且不清晰，同时手动调焦耗时较长，已不能适应现代成像系统 自动化的要求。因此，红外热成像系统的自动调焦功则显得至关重要，它直接关系到红外热 成像系统的成像质量。
[0003] 随着计算机硬件和数字图像处理技术的飞速发展，红外图像的实时处理已经成为 可能。这就为红外图像自动调焦系统能够快速、稳定成像聚焦提供了实现条件。目前，有些 红外热成像调焦系统已经获得了广泛的应用，如基于测距的红外图像自动调焦系统，其是 通过测定红外光学镜头与被摄目标之间的距离，将之代入红外光学系统的光学传递函数， 计算出聚焦位置并驱动调焦机构调焦。此方法虽然成熟、稳定，但需要配备专门的测距设 备，且安装、调试精度要求较高，推广性较差，因而不利于红外光测系统的小型化、便捷化发 展。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于解决现有的红外图像调焦系统调焦耗时长，可信度不高，易受 到环境光照影响的缺陷，提供一种新型红外图像调焦系统及其使用方法。
[0005] 本发明的目的通过下述技术方案实现：一种新型红外图像调焦系统，由调焦镜头， 与调焦镜头相连接的直流电机，与直流电机相连接的图像处理装置，以及分别与图像处理 装置相连接的红外探测器和数据存储装置组成。
[0006] -种新型红外图像调焦系统的使用方法，包括以下步骤：
[0007](一）初始化调焦镜头；
[0008] (二）驱动调焦镜头以大步长移动，同时获取红外图像；
[0009](三）对获取的红外图像进行清晰度评价，并记录相应的焦距位置；
[0010] (四）对记录的焦距位置进行分析，找出最优的红外图像清晰度评价焦距位置； [0011](五）驱动调焦镜头，使其到达最优的红外图像清晰度评价焦距位置；
[0012] (六）调焦结束。
[0013] 进一步的，所述步骤（三）中对获取的红外图像进行清晰度评价采用基于倒谱的 红外图像清晰度评价方法、基于梯度滤波器红外图像清晰度评价方法或基于Sobel梯度算 子的Tenengrad函数的红外图像清晰度评价方法进行评价。
[0014] 所述基于倒谱的红外图像清晰度评价方法，包括如下步骤：
[0015] (1)对红外图像进行傅立叶变换，其公式为：G(u,v) =F{g(x，y)}，其中，F{g(x， y)}表示傅立叶变换；g(x，y)表示输入的红外图像信号；
[0016] (2)对傅立叶变换进行倒谱域变换，其公式为：Cep{I(x，y)} =F1 {log|G(u,v)I}，
[0017] 其中，F1 {log|G(u，v) |}表示反傅立叶变换，|G(u，v) |表示求复数模；
[0018] (3)计算倒谱域中亮点的平均能量，其公式为」=
[0019] 其中，W(i，j)定义为点（i，j)到中心点（ic，jc)的距离，其计算公式为： 沙U./) :yjU-i,)2 +U-J,)2 .
[0020] C(I，j)定义为点（i，j)的二值化实倒谱值，其计算公式为： 11Cep(i.j)>T C(w) = |() /) <Γ〇印(i，j)力点、（i，j)白勺節普τ白勺七謝直;M力 红外图像的长度，N为红外图像的宽度；
[0021] (4)预先设定好E。值采用二分法在（0，1)区间内搜索T，使E满足E<E。;其中， E。为预先设定好的倒谱域中亮点的平均能量值；
[0022] (5)采用红外图像清晰度评价函数Score= (1-T)X100%来计算出镜头走的每一 步探测器俘获的红外图像的清晰度评价值。
[0023] 所述的基于梯度滤波器的红外图像清晰度评价方法是当相邻像元的灰度差大于 某阈值时，即Ig(X+k，y)-(X，y) |>6^；3_时，对相邻近的象元灰度差进行平方求和，其 计算公式如下：F(k) =ΣΧΣy[g(x+k，y)_g(x，y)]2;其中，Gthreshcild是阈值条件，g(x，y)是 像元（X，y)的灰度值，k为相邻像元的间隔。
[0024] 所述的基于Sobel梯度算子的Tenengrad函数的红外图像清晰度评价方法是利用 Sobel算子来估计图像在水平方向和垂直方向的梯度，并对梯度进行平方运算，其运算公式 为：F(/〇二ΖΣ[5'(.λ·，>·)]2 ? ?" *· s.
[0025]其中，少_) =^Cj；{x,y) +G；{x,y),少）>G,Gx(x,y)和Gy (x,y) 分别为X和y方向上的Sobel算子计算的差分值，Gthrashcild是阈值条件，x方向和y方向的 r-l Q(1 1 1' sobel 算子表达式如下：:? = 一2 0 2，5"，= 0 _0_ 0 V-1 0 lj [-1 -2~\? ' ρ
[0026] 所述步骤（四）中采用变步长寻找峰值法或二分法寻找峰值法找出最优的红外图 像清晰度评价焦距位置。
[0027] 所述采用变步长寻找峰值法找出最优的红外图像清晰度评价焦距位置包括以下 步骤：
[0028]a、进行红外图像清晰度评价后，系统驱动电机以一个固定的大步长L移动到距离 最远焦距处，移动的步数为N，记录每步的红外图像位置％以及清晰度评价P1;其中，i为第 i次的步数；
[0029]b、比较这N步中红外图像的清晰度评价大小，找出这i步位置处的清晰度评价最 大值？_以及位置1_;
[0030] c、驱动电机使调焦焦距返回至大步长走的红外图像最大清晰度位置11_处，并随 机选定一个方向，焦距开始以小步长1移动一步，同时红外探测器俘获红外图像并计算清 晰度评价值Pc;
[0031] d、比较P_和P。的大小，如果P。汗_，说明焦距往清晰度评价高的一方移动，否则 使调焦焦距往反方向移动；
[0032] e、驱动调焦焦距以小步长移动并记录位置M,以及红外清晰度评价值P,，调焦焦距 每移动一小步1，系统计算探测器获取的红外图像的清晰度评价P]+1并比较前后两步Μ]+1和 Μ#的清晰度评价PjPPj+1的大小，如果后一步的清晰度评价大于前一步，即PpAPj，则电机 使焦距继续向此方向以小步长1移动，并执行步骤g;如果后一步的红外图像清晰度评价小 于前一步的，即Ρ,+'Ρ,，则反转电机使调焦焦距返回至上一步位置4处并执行步骤f;其中， j为小步长走的步数；
[0033] f、当P]+1〈P，j改变调焦的焦距步长，使其比上一次步长小，再重复步骤e;
[0034] g、判定前一步的红外清晰度评价与后一步的差小于一个设定的阈值？1时，调焦焦 距则已移动到清晰度评价最大值焦距位置M_处，图像清晰度评价值达到最大值P_，调焦 结束。
[0035] 所述采用二分法寻找峰值法找出最优的红外图像清晰度评价焦距位置包括以下 步骤：
[0036] A、初始焦距并记录位置L。，同时计算红外图像的清晰度评价为P。，将电机驱动调 焦焦距移动至焦距最远处Q计算红外图像清晰度评价为P1;
[0037] B、取。和Li两位置的中点为L2=L「L。，计算此时的红外图像清晰度评价记为P2;
[0038] C、在焦距L2处驱动电机使焦距向远