一种光电跟踪系统的温度调焦补偿方法与流程

本发明属于光学成像控制领域，具体涉及一种光电跟踪系统的温度调焦补偿方法，主要用于解决光电跟踪系统的不同温度下自动调焦问题。

背景技术：

光电跟踪系统通过光学成像系统，将目标形状成像在电视探测器上。光学成像系统由主镜、次镜和电视探测器组成。系统根据当前目标的距离实时调整次镜的位置，使目标在电视探测靶面上清晰成像。然而次镜的位置传感器(圆光栅)容易受温度变化的影响发生形变，导致圆光栅传感器读数变化，进而导致已对准的次镜，发生前后移动，最终影响系统成像效果。同时温度还会影响电视探测器的接收靶面接收效果，但其影响较小。由于不同温度下圆光栅的形变量无法度量，因此，需要操作人员根据电视画面的成像效果手动修正相应的调焦光栅值，保证次镜回到成像清晰的位置。这样的手动修正操作在光电跟踪系统每次进行任务时，会严重影响任务时间。因此，实时自动的调焦补偿成为系统迫切需要解决的问题。目前相关的研究都是基于图像的自动调焦技术，它通过对采集到的图像进行处理分析，评价图像的清晰度，并依据极值搜索策略，控制调焦机构找到准焦位置。其核心的难点是定义准确的图像清晰度评价函数及极值搜索策略。针对自然场景下的目标，很难找到一个合适的图像清晰评价函数。因此，该方法在实际的使用过程中存在调焦不准的情况。

技术实现要素：

针对当前光电跟踪系统面临的次镜的圆光栅传感器易受温度影响，而导致光学系统成像不清晰的问题，本发明提出了一种温度调焦补偿方法，该方法是基于软件中的链表数据结构实现的，具备不同温度下的调焦参数的解算、查询和保存功能。使用该方法后，光电跟踪系统只要在前期完善了各温度条件下的调焦参数采集，则之后系统就可以实现全自动的温度调焦补偿。保证了在不同温度条件下，光学系统都可以清晰成像。

为实现本发明的目的，本发明提供一种光电跟踪系统的温度调焦补偿方法，具体步骤如下：

步骤(1)：根据光电跟踪系统中光学成像系统的调焦原理，建立相应的调焦物理模型。确定出调焦公式为：调焦有效的判断标准为是否在电视探测器上成像清晰；

其中，θ为调焦光栅值，d为系统与目标之间的距离，a代表焦距的平方，b代表无穷远点对应的调焦光栅值。

步骤(2)：进行调焦参数标定操作。选一个距离大约1公里的目标，使用测距仪器获得目标与系统之间的距离d，通过手动修正调焦光栅值θ使目标在电视探测器上成像清晰，通过第一标定记录命令，将目标距离d，调焦光栅值θ和当前调焦系统温度三个数据值保存到缓存数组中；

步骤(3)：重复步骤(2)的操作，选取一个距离大约2公里的目标，调焦至成像清晰，并通过第二次标定记录命令，将目标距离d，调焦光栅值θ和当前调焦系统温度三个数据值保存到另一缓存数组中；

步骤(4)：在完成第二次标定数据记录时，软件自动根据两组目标距离d和调焦光栅值θ数据求解a和b。进行求解计算时，首先要进行两次标定数据的温度判断，两次温度一致则进行求解计算，否则需要重新进行标定操作。在求解出a和b后，需要将调焦温度、a和b值同时写入系统的配置文件中，同时在链表结构中新增一个数据节点；

步骤(5)：每次系统上电工作时，在软件初始化时自动读取调焦配置文件中的数据，将其更新到链表结构中。光电跟踪系统在运行状态下，实时根据采集到的当前调焦温度传感器，按一定频率对链表进行遍历查询，将查询到的调焦参数更新到调焦公式中。

其中，当没有查询到对应温度下的调焦参数时，重新遍历链表，选取当前温度下正负2℃对应的调焦参数，如果当前温度2℃范围内的调焦参数也不存在，则使用默认的一组调焦参数。然后更新到调焦公式中，以保证系统的成像能力。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)允许根据系统当前状态自动标定调焦参数，同时实现了不同温度所对应的调焦参数的自动求解、存储和查询功能。

(2)当在实验准备前期，采集了完整的不同温度对应的调焦参数，则后续所有的实验任务都可以实现自动地调焦温度补偿，减少了人工修正的操作，提高了系统的自动程度。

(3)可以对任一自然场景的目标实现有效的自动调焦，成像效果明显。

附图说明

图1描述了本发明的调焦参数的链表数据结构；

图2描述了本发明的自动调焦流程图；

图3描述了本发明的调焦配置文件的数据存储格式。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式做详细说明。

如图1所示是自动调焦模块定义的链表数据结构。针对光学成像系统在实际工程实现过程中涉及的物理参数，设计了相应的调焦数据存储结构。同时，由于实时温度调焦处理的工程需求，设计了相应的自动调焦模块。该模块的设计方法使得原有的调焦参数采集操作变得简单，具有数据存储的功能，而且实现了不同温度下调焦参数的自适应选择，解决了光电跟踪系统在不同温度下调焦成像困难的问题。其具体实施步骤如下：

步骤(1)：根据系统的调焦原理，设计了如图1所示的链表数据结构。该链表属于单链表结构类型，其数据单元由调焦温度t，调焦参数a和b组成；

步骤(2)：系统上电工作时，首先读取系统的调焦配置文件，建立相应的数据链表。然后调焦模块按照系统的一定的执行频率查询链表。当查询到与当前调焦温度相同的数据节点时，读取该节点的调焦参数a、b值并更新到系统的调焦公式中。若不存在与对应温度下的数据节点，则选取与当前调焦温度相差2℃的调焦参数。如果也不存在相差2℃范围的调焦参数，则选用默认的某一温度下的调焦参数，以保证调焦系统正常工作；

步骤(3)：为了建立包含不同工作温度下的调焦参数数据库。需要选两个距离不同的目标点，一个目标点在1公里左右，另一个目标点在2公里左右。操作人员不停地通过手动的方式去改变调焦光栅值，直到目标在电视探测器上成像最清晰为止。然后光电跟踪系统的命令操控单元对每一个目标点发送一次调焦参数标定命令，软件程序自动记录相应的调焦光栅值、调焦温度和测距值。当第二次标定命令完成时，软件程序再根据两组命令记录的数据和调焦公式自动求解调焦参数a和b。在求解前要判断两组命令记录的调焦温度是否一样，如果一样，则进行求解计算。如果不一样，则需要重复步骤(3)的操作；

其中，θ为调焦光栅值，d为系统与目标之间的距离，a代表焦距的平方，b代表无穷远点对应的调焦光栅值。

步骤(4)：在完成调焦参数a和b的自动求解情况下，首先，要在已有的数据链表的末尾插入新的数据节点。同时，执行写入调焦配置文件操作，将调焦温度t、调焦参数a和b写入配置文件中。调焦配置文件的数据格式如图3所示。